خلية شمسية عضوية

الشكل 1. رسم تخطيطي للخلايا الشمسية البلاستيكية. PET - بولي إيثيلين تيريفثالات ، ITO - أكسيد القصدير الإنديوم ، PEDOT:PSS - بولي (3،4-إيثيلين ديوكسي ثيوفين) ، الطبقة النشطة (عادةً مزيج من البوليمر والفوليرين)، Al - الألومنيوم .

الخلية الشمسية العضوية ( OSC [ 1 ] ) أو الخلية الشمسية البلاستيكية هي نوع من الخلايا الكهروضوئية التي تستخدم الإلكترونيات العضوية ، وهو فرع من الإلكترونيات يتعامل مع البوليمرات العضوية الموصلة أو الجزيئات العضوية الصغيرة، [ 2 ] لامتصاص الضوء ونقل الشحنات لإنتاج الكهرباء من ضوء الشمس عن طريق التأثير الكهروضوئي . معظم الخلايا الكهروضوئية العضوية هي خلايا شمسية بوليمرية .

الشكل 2. الخلايا الكهروضوئية العضوية المصنعة من قبل شركة سولارمر.

تتميز الجزيئات المستخدمة في الخلايا الشمسية العضوية بإمكانية معالجتها في المحاليل بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة، مما يُسهم في خفض تكاليف الإنتاج بكميات كبيرة. [ 3 ] وبفضل مرونة الجزيئات العضوية ، تُعدّ الخلايا الشمسية العضوية خيارًا اقتصاديًا واعدًا لتطبيقات الطاقة الكهروضوئية. [ 4 ] كما يُمكن للهندسة الجزيئية ( مثل تغيير طول البوليمرات ومجموعاتها الوظيفية ) تغيير فجوة الطاقة ، مما يسمح بضبط الخصائص الإلكترونية. يتميز معامل الامتصاص الضوئي للجزيئات العضوية بارتفاعه، مما يسمح بامتصاص كمية كبيرة من الضوء باستخدام كمية قليلة من المواد، عادةً ما تكون في حدود مئات النانومترات. أما أبرز عيوب الخلايا الكهروضوئية العضوية فتتمثل في انخفاض الكفاءة والاستقرار والمتانة مقارنةً بالخلايا الكهروضوئية غير العضوية، مثل الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون .

بالمقارنة مع الأجهزة المصنوعة من السيليكون ، تتميز الخلايا الشمسية البوليمرية بخفة وزنها (وهو أمر بالغ الأهمية لأجهزة الاستشعار الصغيرة ذاتية التشغيل)، وإمكانية التخلص منها بعد الاستخدام، وانخفاض تكلفة تصنيعها (أحيانًا باستخدام الإلكترونيات المطبوعة )، ومرونتها، وإمكانية تخصيصها على المستوى الجزيئي، واحتمالية تأثيرها البيئي السلبي الأقل. كما تتمتع الخلايا الشمسية البوليمرية بإمكانية الشفافية، مما يفتح المجال لتطبيقات في النوافذ والجدران والإلكترونيات المرنة ، وغيرها. يوضح الشكل 1 مثالًا على هذا الجهاز. مع ذلك، فإن عيوب الخلايا الشمسية البوليمرية خطيرة أيضًا: فهي لا تتجاوز ثلث كفاءة المواد الصلبة، وتتعرض لتدهور كيميائي ضوئي كبير. [ 5 ]

أدت مشاكل استقرار الخلايا الشمسية البوليمرية، [ 6 ] إلى جانب وعودها بانخفاض التكاليف [ 7 ] وإمكانية زيادة كفاءتها [ 8 إلى جعلها مجالًا شائعًا في أبحاث الخلايا الشمسية. في عام 2015، حققت الخلايا الشمسية البوليمرية كفاءة تزيد عن 10% عبر بنية ترادفية. [ 9 ] وفي عام 2023، حققت جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية كفاءة قياسية جديدة بلغت 19.3% . [ 10 ]

الفيزياء

الشكل 3: أمثلة على المواد الكهروضوئية العضوية

الخلية الكهروضوئية عبارة عن ثنائي أشباه موصلات متخصص يحول الضوء إلى تيار كهربائي مستمر. وبحسب فجوة الطاقة للمادة الماصة للضوء، يمكن للخلايا الكهروضوئية أيضًا تحويل الفوتونات منخفضة الطاقة، مثل الأشعة تحت الحمراء ، أو عالية الطاقة، مثل الأشعة فوق البنفسجية، إلى تيار كهربائي مستمر. ومن الخصائص المشتركة للجزيئات الصغيرة والبوليمرات (الشكل 3) المستخدمة كمواد ماصة للضوء في الخلايا الكهروضوئية، امتلاكها جميعًا أنظمة مترافقة كبيرة . يتشكل النظام المترافق عندما ترتبط ذرات الكربون بروابط تساهمية أحادية وثنائية بالتناوب. تنتشر إلكترونات مدارات pz لهذه الهيدروكربونات ، مكونةً مدارًا π رابطًا منتشرًا مع مدار π* مضاد للترابط . يُعد مدار π المنتشر أعلى مدار جزيئي مشغول ( HOMO )، بينما يُعد مدار π* أدنى مدار جزيئي غير مشغول ( LUMO ). في فيزياء أشباه الموصلات العضوية، يؤدي مستوى الطاقة الأعلى المشغول (HOMO) دور نطاق التكافؤ ، بينما يؤدي مستوى الطاقة الأدنى غير المشغول (LUMO) دور نطاق التوصيل . ويُعتبر الفرق في الطاقة بين مستويي HOMO وLUMO هو فجوة النطاق في المواد الإلكترونية العضوية، ويتراوح عادةً بين 1 و4 إلكترون فولت . [ 11 ]

يمكن امتصاص جميع أنواع الضوء ذات الطاقة الأعلى من فجوة النطاق للمادة، مع العلم أن تقليل فجوة النطاق يؤدي إلى فقدان الطاقة الزائدة حراريًا عند امتصاص الفوتونات ذات الطاقة الأعلى من فجوة النطاق، مما ينتج عنه انخفاض في الجهد وكفاءة تحويل الطاقة. عند امتصاص هذه المواد لفوتون ، تتكون حالة مثارة محصورة في جزيء أو منطقة من سلسلة بوليمرية. يمكن اعتبار هذه الحالة المثارة إكسيتونًا ، وهو زوج إلكترون-فجوة مرتبط بتفاعلات كهروستاتيكية . في الخلايا الكهروضوئية، تُفكك الإكسيتونات إلى أزواج إلكترون-فجوة حرة بواسطة مجالات فعالة. تُنشأ هذه المجالات الفعالة عن طريق تكوين وصلة غير متجانسة بين مادتين مختلفتين. في الخلايا الكهروضوئية العضوية، تُفكك المجالات الفعالة الإكسيتونات عن طريق نقل الإلكترون من نطاق التوصيل للمادة الماصة إلى نطاق التوصيل للمادة المستقبلة. من الضروري أن يكون مستوى حافة نطاق التوصيل للمادة المستقبلة أقل من مستوى حافة نطاق التوصيل للمادة الماصة. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

الشكل 4: سلسلة بوليمرية مع بولارون منتشر محاطة بجزيئات الفوليرين

تتكون الخلايا الشمسية البوليمرية عادةً من طبقة حاجبة للإلكترونات أو الفجوات فوق زجاج موصل من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، تليها طبقة مانحة للإلكترونات وطبقة مستقبلة للإلكترونات (في حالة الخلايا الشمسية ذات الوصلة غير المتجانسة)، ثم طبقة حاجبة أخرى للفجوات أو الإلكترونات، وأخيرًا قطب معدني . يعتمد نوع وترتيب الطبقات الحاجبة، بالإضافة إلى نوع القطب المعدني، على ما إذا كانت الخلية تتبع بنية جهاز عادية أم معكوسة. في الخلية المعكوسة، تخرج الشحنات الكهربائية من الجهاز في الاتجاه المعاكس للخلية العادية نظرًا لانعكاس قطبية الأقطاب الموجبة والسالبة. يمكن للخلايا المعكوسة استخدام مهابط مصنوعة من مواد أكثر ملاءمة؛ وتتميز الخلايا الكهروضوئية العضوية المعكوسة بعمر أطول من الخلايا الكهروضوئية العضوية ذات البنية العادية، وعادةً ما تُظهر كفاءة أعلى مقارنةً بنظيراتها التقليدية. [ 16 ]

في الخلايا الشمسية البوليمرية ذات الوصلات غير المتجانسة، يُولّد الضوء إكسيتونات. ويحدث فصل لاحق للشحنات عند السطح البيني بين مزيج مانح ومستقبل الإلكترونات داخل الطبقة النشطة للجهاز. ثم تنتقل هذه الشحنات إلى أقطاب الجهاز حيث تتدفق خارج الخلية، وتؤدي شغلاً، ثم تعود إلى الجهاز من الجانب المقابل. وتُحدّ كفاءة الخلية بعدة عوامل، أهمها إعادة التركيب غير المتجانس . وتؤدي حركة الثقوب إلى توصيل أسرع عبر الطبقة النشطة. [ 17 ] [ 18 ]

تُصنع الخلايا الكهروضوئية العضوية من مواد مانحة ومستقبلة للإلكترونات، بدلاً من وصلات أشباه الموصلات من نوع p-n . تتكون الجزيئات التي تشكل منطقة مانحة الإلكترونات في الخلايا الكهروضوئية العضوية، حيث تتولد أزواج الإلكترون-فجوة الإكسيتونية، عادةً من بوليمرات مترافقة تحتوي على إلكترونات π غير متمركزة ناتجة عن تهجين مدارات p للكربون. يمكن إثارة هذه الإلكترونات π بواسطة الضوء في الجزء المرئي من الطيف أو بالقرب منه، من أعلى مدار جزيئي مشغول (HOMO) إلى أدنى مدار جزيئي غير مشغول (LUMO)، ويُشار إلى ذلك بانتقال π-π*. تحدد فجوة الطاقة بين هذين المدارين أطوال موجات الضوء التي يمكن امتصاصها .

على عكس المواد البلورية غير العضوية في الخلايا الكهروضوئية ، ذات البنية النطاقية والإلكترونات غير المتمركزة، ترتبط الإكسيتونات في الخلايا الكهروضوئية العضوية ارتباطًا وثيقًا بطاقة تتراوح بين 0.1 و1.4 إلكترون فولت . ويعود هذا الارتباط القوي إلى أن الدوال الموجية الإلكترونية في الجزيئات العضوية أكثر تمركزًا، ما يسمح للتجاذب الكهروستاتيكي بإبقاء الإلكترون والفجوة معًا كإكسيتون. ويمكن فصل الإلكترون والفجوة بتوفير سطح فاصل ينخفض ​​عنده الجهد الكيميائي للإلكترونات. تُسمى المادة التي تمتص الفوتون بالمانح، والمادة التي تستقبل الإلكترون بالمستقبل. في الشكل 4، تمثل سلسلة البوليمر المانح، بينما يمثل الفوليرين المستقبل. حتى بعد الفصل، قد يظل الإلكترون والفجوة مرتبطين كزوج متجانس ، ويلزم حينها وجود مجال كهربائي لفصلهما. ويجب تجميع الإلكترون والفجوة عند نقاط التلامس. إذا كانت حركة حاملات الشحنة غير كافية، فلن تصل هذه الحاملات إلى نقاط التلامس، بل ستتحد في مواقع احتجاز الشحنات أو تبقى داخل الجهاز على شكل شحنات فضائية غير مرغوب فيها تعيق تدفق حاملات الشحنة الجديدة. ويمكن أن تحدث هذه المشكلة الأخيرة إذا لم تتطابق حركية الإلكترونات والفجوات. في هذه الحالة، يُعيق التيار الضوئي المحدود بالشحنة الفضائية (SCLP) أداء الجهاز.

يمكن تصنيع الخلايا الكهروضوئية العضوية باستخدام بوليمر نشط ومستقبل إلكترونات قائم على الفوليرين. يؤدي تسليط الضوء المرئي على هذا النظام إلى انتقال الإلكترونات من البوليمر إلى جزيء الفوليرين. ونتيجة لذلك، يتشكل جسيم شبه ضوئي ، أو بولارون (P + )، على سلسلة البوليمر، ويتحول الفوليرين إلى أنيون جذري ( C - 60 ). تتميز البولارونات بحركتها العالية وقدرتها على الانتشار.

أنواع التقاطعات

في الخلايا الشمسية العضوية، تُمثل الوصلات الأسطح البينية بين الطبقات أو المواد المختلفة ضمن بنية الجهاز. تُساهم هذه الأسطح البينية في فصل وتجميع حاملات الشحنة (الإلكترونات والفجوات) المتولدة عند امتصاص ضوء الشمس. وتؤثر خصائص وبنية هذه الوصلات على كفاءة واستقرار وأداء الخلايا الشمسية العضوية بشكل عام.

يتميز أبسط جهاز كهروضوئي عضوي بوصلة غير متجانسة مستوية (الشكل 1). تتوسط طبقة رقيقة من مادة عضوية فعالة (بوليمر أو جزيء صغير)، إما مانحة أو مستقبلة للإلكترونات، بين قطبين كهربائيين. قد تنتشر الإكسيتونات المتولدة في المادة الفعالة قبل أن تتحد وتنفصل، حيث تنتشر الثقوب والإلكترونات إلى قطب التجميع الخاص بها. ونظرًا لأن أطوال انتشار حاملات الشحنة لا تتجاوز 3-10 نانومتر في أشباه الموصلات العضوية غير المتبلورة النموذجية ، يجب أن تكون الخلايا المستوية رقيقة، إلا أن الخلايا الرقيقة تمتص الضوء بشكل أقل كفاءة. تعالج الوصلات غير المتجانسة الحجمية (BHJs) هذا القصور. في الوصلة غير المتجانسة الحجمية، يُصب مزيج من المواد المانحة والمستقبلة للإلكترونات على شكل خليط، ثم ينفصل طوريًا. تفصل بين مناطق كل مادة في الجهاز بضعة نانومترات فقط، وهي مسافة مناسبة لانتشار حاملات الشحنة. تتطلب الوصلات غير المتجانسة الحجمية تحكمًا دقيقًا في مورفولوجيا المواد على المستوى النانوي. تشمل المتغيرات المهمة المواد والمذيبات ونسبة وزن المادة المانحة إلى المادة المستقبلة. 

الخطوة المنطقية التالية بعد الوصلات غير المتجانسة العضوية (BHJs) هي استخدام مواد نانوية مُرتبة للخلايا الشمسية، أو ما يُعرف بالوصلات غير المتجانسة المُرتبة (OHJs). تُقلل هذه الوصلات من التباين المرتبط بالوصلات غير المتجانسة العضوية. وهي عبارة عن مزيج من مواد غير عضوية مُرتبة ومناطق عضوية فعّالة. على سبيل المثال، يمكن ترسيب بوليمر كهروضوئي في مسام سيراميك مثل ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂ ). ونظرًا لأن الثقوب لا تزال بحاجة إلى الانتشار عبر البوليمر على طول المسام للوصول إلى نقطة التلامس، فإن الوصلات غير المتجانسة المُرتبة تُعاني من قيود مماثلة في السُمك. ويُعدّ تخفيف اختناق حركة الثقوب أمرًا أساسيًا لزيادة تحسين أداء أجهزة الوصلات غير المتجانسة المُرتبة.

طبقة واحدة

الشكل 5: رسم تخطيطي لخلية ضوئية عضوية أحادية الطبقة

تُعدّ الخلايا الكهروضوئية العضوية أحادية الطبقة أبسط أنواع الخلايا. تُصنع هذه الخلايا بوضع طبقة من المواد الإلكترونية العضوية بين موصلين معدنيين، عادةً ما تكون طبقة من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) ذات دالة شغل عالية ، وطبقة من معدن ذي دالة شغل منخفضة مثل الألومنيوم أو المغنيسيوم أو الكالسيوم. يوضح الشكل 5 التركيب الأساسي لهذه الخلية.

يُنشئ اختلاف دالة الشغل بين الموصلين مجالًا كهربائيًا في الطبقة العضوية. عندما تمتص هذه الطبقة الضوء، تُثار الإلكترونات إلى مستوى LUMO وتترك فجوات في مستوى HOMO، مُشكّلةً بذلك إكسيتونات . يُساعد الجهد الناتج عن اختلاف دوال الشغل على فصل أزواج الإكسيتونات، جاذبًا الإلكترونات إلى القطب الموجب (موصل كهربائي يُستخدم للتوصيل بجزء غير معدني من الدائرة) والفجوات إلى القطب السالب. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

أمثلة

في عام 1958، اكتُشف أن التأثير الكهروضوئي ، أو توليد الجهد في خلية تعتمد على فثالوسيانين  المغنيسيوم (MgPc) - وهو مركب حلقي كبير ذو بنية حلقية متناوبة من ذرات النيتروجين والكربون - يمتلك جهدًا ضوئيًا قدره 200 مللي فولت. [ 19 ] وقد حققت خلية Al/MgPc/Ag كفاءة كهروضوئية بلغت 0.01% عند إضاءتها بطول موجي 690  نانومتر. [ 20 ]

استُخدمت البوليمرات المترافقة أيضًا في هذا النوع من الخلايا الكهروضوئية. استخدم أحد الأجهزة البولي أسيتيلين (الشكل 1) كطبقة عضوية، مع الألومنيوم والجرافيت ، مما أنتج جهد دائرة مفتوحة قدره 0.3  فولت وكفاءة تجميع شحنة قدرها 0.3%. [ 21 ] أما خلية Al/poly(3-nethyl-thiophene)/Pt فقد حققت مردودًا كميًا خارجيًا قدره 0.17%، وجهد دائرة مفتوحة قدره 0.4  فولت، وعامل ملء قدره 0.3. [ 22 ] في حين أظهرت خلية ITO/PPV/Al جهد دائرة مفتوحة قدره 1  فولت وكفاءة تحويل طاقة قدرها 0.1% تحت إضاءة الضوء الأبيض. [ 23 ]

مشاكل

لا تعمل الخلايا الشمسية العضوية أحادية الطبقة بكفاءة عالية. فهي تتميز بكفاءة كمية منخفضة (أقل من 1%) وكفاءة تحويل طاقة منخفضة (أقل من 0.1%). وتكمن إحدى مشاكلها الرئيسية في أن المجال الكهربائي الناتج عن فرق الجهد بين قطبين موصلين نادرًا ما يكون كافيًا لفصل الإكسيتونات. في كثير من الأحيان، تتحد الإلكترونات مع الفجوات دون أن تصل إلى القطب.

طبقة مزدوجة

الشكل 6: رسم تخطيطي لخلية ضوئية عضوية متعددة الطبقات.

تحتوي الخلايا ثنائية الطبقة على طبقتين بين الأقطاب الموصلة (الشكل 6). تتميز الطبقتان باختلاف في ألفة الإلكترون وطاقة التأين ، مما يؤدي إلى توليد قوى كهروستاتيكية عند السطح الفاصل بينهما. يجب أن يُولّد الضوء إكسيتونات في هذه المنطقة المشحونة الصغيرة لفصل الشحنات وجمعها بكفاءة. تُختار المواد بحيث تكون الفروقات كبيرة بما يكفي لتوليد مجالات كهربائية محلية قوية، مما يُؤدي إلى فصل الإكسيتونات بكفاءة أعلى بكثير من الخلايا الكهروضوئية أحادية الطبقة. الطبقة ذات ألفة الإلكترون وطاقة التأين الأعلى هي مستقبل الإلكترونات، بينما الطبقة الأخرى هي مانح الإلكترونات. يُطلق على هذا التركيب أيضًا اسم الوصلة غير المتجانسة المستوية مانح-مستقبل . [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

أمثلة

يتمتع C60 بألفة إلكترونية عالية، مما يجعله مستقبلًا جيدًا. وقد حققت الخلية ثنائية الطبقة AC60 / MEH-PPV عامل تعبئة مرتفعًا نسبيًا بلغ 0.48 وكفاءة تحويل طاقة بلغت 0.04% تحت إضاءة أحادية اللون. [ 24 ] بينما أظهرت خلايا PPV/C60 كفاءة كمية خارجية أحادية اللون بلغت 9%، وكفاءة تحويل طاقة بلغت 1%، وعامل تعبئة بلغ 0.48. [ 25 ]

تتميز مشتقات البيريلين بألفة إلكترونية عالية وثبات كيميائي. تم تصنيع خلية ذات عامل ملء يصل إلى 0.65 وكفاءة تحويل طاقة تبلغ 1% تحت إضاءة محاكاة AM2، وذلك باستخدام طبقة من فثالوسيانين النحاس (CuPc) كمانح للإلكترونات ومشتق بيريلين رباعي الكربوكسيل كمستقبل للإلكترونات. [ 26 ] كما قام هولز وآخرون بتصنيع خلية ذات طبقة من ثنائي (فينيثيل إيميدو) بيريلين فوق طبقة من PPV كمانح للإلكترونات. بلغت ذروة الكفاءة الكمية الخارجية لهذه الخلية 6% وكفاءة تحويل الطاقة 1% تحت إضاءة أحادية اللون، وعامل ملء يصل إلى 0.6. [ 27 ]

مشاكل

يبلغ طول انتشار الإكسيتونات في المواد الإلكترونية العضوية عادةً حوالي 10  نانومتر. ولكي تنتشر معظم الإكسيتونات إلى سطح التلامس بين الطبقات وتنقسم إلى حاملات شحنة، يجب أن يكون سمك الطبقة في نفس نطاق طول الانتشار. مع ذلك، تحتاج طبقة البوليمر عادةً إلى سمك لا يقل عن 100  نانومتر لامتصاص كمية كافية من الضوء. عند هذا السمك الكبير، لا يصل سوى جزء صغير من الإكسيتونات إلى سطح التلامس بين الطبقات.

وصلة غير متجانسة منفصلة

حققت طبقة ثلاثية (طبقتان مستقبلتان وطبقة مانحة واحدة) خالية من الفوليرين كفاءة تحويل بلغت 8.4%. وقد أنتج هذا التصميم جهد دائرة مفتوحة عالياً وامتصاصاً في الطيف المرئي وتيارات دائرة قصر عالية. وبلغت الكفاءة الكمية أكثر من 75% بين أطوال موجية 400  نانومتر و720  نانومتر، مع جهد دائرة مفتوحة يبلغ حوالي 1 فولت. [ 28 ]

الوصلة غير المتجانسة الحجمية

الشكل 7: رسم تخطيطي لخلية ضوئية ذات وصلة متفرقة

تتكون الوصلات غير المتجانسة الحجمية من طبقة امتصاص تتألف من مزيج نانوي من مواد مانحة ومستقبلة. يبلغ حجم نطاقات هذا المزيج بضعة نانومترات، مما يسمح للإكسيتونات ذات الأعمار القصيرة بالوصول إلى السطح البيني والتفكك نظرًا لكبر مساحة السطح البيني بين المانح والمستقبل. [ 29 ] مع ذلك، تتطلب الوصلات غير المتجانسة الحجمية الفعالة الحفاظ على أحجام نطاقات كبيرة بما يكفي لتشكيل شبكة نفاذية تسمح للمواد المانحة بالوصول إلى قطب نقل الثقوب (القطب 1 في الشكل 7) وللمواد المستقبلة بالوصول إلى قطب نقل الإلكترونات (القطب 2). بدون هذه الشبكة النفاذية، قد تُحاصر الشحنات في نطاق غني بالمانح أو المستقبل وتخضع لإعادة التركيب. تتميز الوصلات غير المتجانسة الحجمية عن الهياكل الضوئية النشطة الطبقية بإمكانية تصنيعها بسماكة كافية لامتصاص الفوتونات بفعالية دون الحاجة إلى المعالجة المعقدة اللازمة لتوجيه بنية طبقية، مع الحفاظ على مستوى أداء مماثل.

تُصنع الوصلات غير المتجانسة الكتلية عادةً عن طريق تكوين محلول يحتوي على المكونين، ثم صبه ( مثل التقطير أو الطلاء الدوراني )، ثم ترك الطورين ينفصلان، عادةً بمساعدة عملية تلدين. يتجمع المكونان ذاتيًا لتكوين شبكة متداخلة تربط بين القطبين الكهربائيين. [ 30 ] تتكون هذه الوصلات عادةً من جزيء مترافق مانح ومستقبل قائم على الفوليرين . يصعب التحكم في البنية النانوية للوصلات غير المتجانسة الكتلية، لكنها بالغة الأهمية لأداء الخلايا الكهروضوئية.

بعد التقاط الفوتون، تنتقل الإلكترونات إلى نطاقات المستقبل، ثم تُنقل عبر الجهاز وتُجمع بواسطة أحد الأقطاب الكهربائية، بينما تتحرك الفجوات في الاتجاه المعاكس وتُجمع على الجانب الآخر. إذا كان تشتت المادتين دقيقًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى ضعف نقل الشحنة عبر الطبقة. [ 13 ] [ 14 ] [ 19 ] [ 31 ]

تستخدم معظم الخلايا ذات الوصلات غير المتجانسة مكونين، على الرغم من دراسة الخلايا ثلاثية المكونات. يعمل المكون الثالث، وهو بوليمر مانح ثانوي من النوع p، على امتصاص الضوء في منطقة مختلفة من الطيف الشمسي. وهذا نظريًا يزيد من كمية الضوء الممتص. تعمل هذه الخلايا الثلاثية من خلال إحدى ثلاث آليات متميزة: نقل الشحنة، أو نقل الطاقة، أو الربط المتوازي.

في عملية نقل الشحنة، يُساهم كلا المانحين بشكل مباشر في توليد حاملات الشحنة الحرة. تمر الفجوات عبر نطاق مانح واحد فقط قبل تجميعها عند المصعد. في عملية نقل الطاقة، يُساهم مانح واحد فقط في إنتاج الفجوات. يعمل المانح الثاني حصريًا على امتصاص الضوء، ناقلًا طاقة إضافية إلى مادة المانح الأول. في الربط المتوازي، يُنتج كلا المانحين إكسيتونات بشكل مستقل، والتي تهاجر بعد ذلك إلى واجهات المانح/المستقبل الخاصة بها وتنفصل. [ 32 ]

أمثلة

تُستخدم الفوليرينات ، مثل C60 ومشتقاتها ، كمواد مستقبلة للإلكترونات في الخلايا الكهروضوئية ذات الوصلات غير المتجانسة. وقد أظهرت خليةٌ تتكون من مزيج من MEH-PPV ومشتق C60 مُعدَّل بالميثان كوصلة غير متجانسة، وأقطاب ITO وCa [ 33 ] كفاءة كمية قدرها 29% وكفاءة تحويل طاقة قدرها 2.9% تحت إضاءة أحادية اللون. أدى استبدال MEH-PPV بـ P3HT إلى إنتاج كفاءة كمية قدرها 45% تحت  انحياز عكسي قدره 10 فولت. [ 34 ] [ 35 ] وقد أسفرت التطورات اللاحقة في تعديل مستقبل الإلكترونات عن جهاز بكفاءة تحويل طاقة قدرها 10.61% باستخدام مزيج من PC71BM كمستقبل للإلكترونات وPTB7-Th كمانح للإلكترونات. [ 36 ]

تُستخدم مزائج البوليمرات أيضًا في الخلايا الكهروضوئية ذات الوصلات غير المتجانسة المشتتة. وقد حقق مزيج من CN-PPV وMEH-PPV مع الألومنيوم وأكسيد الإنديوم والقصدير كأقطاب كهربائية، ذروة كفاءة تحويل الطاقة أحادية اللون بنسبة 1% وعامل ملء قدره 0.38. [ 37 ] [ 38 ]

يمكن اعتبار الخلايا الكهروضوئية الحساسة للصبغة أمثلة مهمة من هذا النوع.

مشاكل

تُعدّ الفوليرينات، مثل PC71BM ، من المواد المُستقبِلة للإلكترونات الشائعة في الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة عالية الأداء. مع ذلك، تمتص هذه المواد الضوء المرئي بشكل ضعيف للغاية، مما يُقلل من نسبة الحجم التي تشغلها المادة المانحة للإلكترونات ذات الامتصاص القوي. علاوة على ذلك، تتميز الفوليرينات بضعف قابلية ضبط خصائصها الإلكترونية، مما يُقيّد تطوير الأنظمة المترافقة ذات البنى الإلكترونية الأكثر جاذبية للعمل بفولتيات أعلى. وقد أُجريت أبحاث حديثة لمحاولة استبدال هذه الفوليرينات بجزيئات عضوية قابلة لضبط خصائصها الإلكترونية وتُساهم في امتصاص الضوء. [ 39 ]

الوصلة غير المتجانسة المتدرجة

يتم مزج مانح الإلكترون ومستقبله بطريقة تجعل التدرج تدريجيًا. يجمع هذا التصميم بين قصر مسافة انتقال الإلكترون في الوصلة غير المتجانسة المشتتة وميزة تدرج الشحنة في تقنية الطبقة الثنائية. [ 40 ] [ 41 ]

أمثلة

أظهرت خلية تحتوي على مزيج من CuPc و C60 كفاءة كمية قدرها 50% وكفاءة تحويل طاقة قدرها 2.1% باستخدام إضاءة شمسية محاكاة AM1.5G بقوة 100  ميلي واط/سم² لوصلة غير متجانسة متدرجة. [ 42 ]

تقاطع متصل

على غرار الوصلة غير المتجانسة المتدرجة، يهدف مفهوم الوصلة المستمرة إلى تحقيق انتقال تدريجي من مانح الإلكترونات إلى مستقبلها. ومع ذلك، تُحضّر مادة المستقبل مباشرةً من بوليمر المانح في خطوة تعديل لاحقة لعملية البلمرة. [ 43 ]

إنتاج

نظراً لأن الطبقة النشطة تحدد إلى حد كبير كفاءة الجهاز، فقد حظي شكل هذا المكون باهتمام كبير. [ 44 ]

إذا كانت إحدى المادتين أكثر قابلية للذوبان في المذيب من الأخرى، فإنها ستترسب أولاً على سطح الركيزة ، مما يُحدث تدرجًا في التركيز عبر الطبقة الرقيقة. وقد تم إثبات ذلك في أجهزة بولي-3-هكسيل ثيوفين (P3HT) وفينيل-C61- حمض البيوتيريك ميثيل إستر ( PCBM )، حيث يميل PCBM إلى التراكم نحو أسفل الجهاز عند طلاءه بالدوران من محاليل ODCB. [ 45 ] يُعزى هذا التأثير إلى ميل المكون الأكثر قابلية للذوبان إلى الهجرة نحو الطور "الغني بالمذيب" أثناء عملية الطلاء، مما يؤدي إلى تراكمه نحو أسفل الطبقة الرقيقة، حيث يبقى المذيب لفترة أطول. يؤثر سُمك الطبقة المُتكونة على فصل الأطوار، لأن ديناميكيات التبلور والترسيب تختلف باختلاف تركيز المحاليل أو معدلات التبخر الأسرع (اللازمة لبناء أجهزة أكثر سُمكًا). لا يمكن تحقيق إثراء بلوري لـ P3HT بالقرب من قطب تجميع الثقوب إلا في  طبقات P3HT/PCBM الرقيقة نسبيًا (100 نانومتر). [ 46 ]

تتولد التدرجات في الشكل المورفولوجي الأولي بشكل رئيسي من معدل تبخر المذيب والاختلافات في الذوبانية بين المانح والمستقبل داخل المزيج. وقد تم إثبات هذا الاعتماد على الذوبانية بوضوح باستخدام مشتقات الفوليرين وP3HT. [ 47 ] عند استخدام مذيبات تتبخر بمعدل أبطأ (مثل الكلوروبنزين (CB) أو ثنائي كلوروبنزين (DCB))، يمكن الحصول على درجات أكبر من الفصل أو التجميع الرأسي، بينما تُنتج المذيبات التي تتبخر بسرعة فصلًا رأسيًا أقل فعالية. من المفترض أن تؤدي تدرجات الذوبانية الأكبر إلى فصل رأسي أكثر فعالية، بينما تؤدي التدرجات الأصغر إلى أغشية أكثر تجانسًا. وقد تم التحقق من هذين التأثيرين على الخلايا الشمسية P3HT:PCBM. [ 48 ] [ 49 ]

تمت دراسة سرعة تبخر المذيب، بالإضافة إلى إجراءات المعالجة اللاحقة ببخار المذيب أو المعالجة الحرارية. [ 50 ] يبدو أن الخلائط مثل P3HT:PCBM تستفيد من إجراءات المعالجة الحرارية، بينما لا يبدو أن خلائط أخرى، مثل PTB7:PCBM، تُظهر أي فائدة. [ 51 ] في P3HT، يبدو أن الفائدة تأتي من زيادة تبلور طور P3HT، والتي تتولد من خلال طرد جزيئات PCBM من داخل هذه المجالات. وقد تم إثبات ذلك من خلال دراسات امتزاج PCBM في P3HT، بالإضافة إلى تغيرات تركيب المجالات كدالة لأوقات المعالجة الحرارية. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]

لا تُفسر الفرضية المذكورة أعلاه، القائمة على قابلية الامتزاج، كفاءة الأجهزة تفسيراً كاملاً، إذ لا توجد أطوار غير متبلورة نقية تماماً لمواد المانح أو المستقبل داخل أجهزة الوصلات غير المتجانسة. وقد أشارت ورقة بحثية نُشرت عام ٢٠١٠ [ ٥٥ ] إلى أن النماذج الحالية التي تفترض وجود أطوار نقية وواجهات منفصلة قد تفشل في حال غياب المناطق غير المتبلورة النقية. وبما أن النماذج الحالية تفترض انفصال الطور عند الواجهات دون مراعاة نقاء الطور، فقد يلزم تعديلها.

تختلف عملية التلدين الحراري باختلاف توقيت تطبيقها. ولأن انتقال الجزيئات عموديًا يتحدد جزئيًا بالتوتر السطحي بين الطبقة النشطة والهواء أو طبقة أخرى، فإن التلدين قبل أو بعد ترسيب طبقات إضافية (غالبًا المهبط المعدني) يؤثر على النتيجة. في حالة الخلايا الشمسية المصنوعة من P3HT:PCBM، يتحسن انتقال الجزيئات عموديًا عند تلدين الخلايا بعد ترسيب المهبط المعدني.

قد يكون تراكم المانح أو المستقبل بجوار الطبقات المتجاورة مفيدًا، إذ يمكن أن يؤدي هذا التراكم إلى تأثيرات حجب الثقوب أو الإلكترونات، مما قد يُحسّن أداء الجهاز. في عام ٢٠٠٩، تبيّن أن اختلاف التوزيع الرأسي في الخلايا الشمسية المصنوعة من P3HT:PCBM يُسبب مشاكل في حركة الإلكترونات، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض كفاءة الجهاز بشكل كبير. [ ٥٦ ] تُحسّن التغييرات البسيطة في بنية الجهاز - كطلاء طبقة رقيقة من PCBM فوق P3HT - بشكل كبير من قابلية تكرار الخلية، من خلال توفير فصل رأسي قابل للتكرار بين مكونات الجهاز. ولأن زيادة التلامس بين PCBM والكاثود ضرورية لتحسين الكفاءة، فإن هذا يزيد بشكل كبير من قابلية تكرار الجهاز.

وفقًا لتحليل تشتت النيوترونات، وُصفت مخاليط P3HT:PCBM بأنها "أنهار" (مناطق P3HT) تتخللها "جداول" (مناطق PCBM). [ 57 ]

التقدم في تقنيات النمو

تُرسّب معظم الأغشية العضوية المستخدمة في تطبيقات الخلايا الكهروضوئية بتقنيتي الطلاء الدوراني والترسيب البخاري. إلا أن لكلتا الطريقتين عيوبها؛ فتقنية الطلاء الدوراني قادرة على تغطية مساحات سطحية كبيرة بسرعة عالية، لكن استخدام المذيبات في طبقة واحدة قد يُؤدي إلى تدهور طبقة البوليمر الموجودة مسبقًا. كما أن هناك مشكلة أخرى تتعلق بتشكيل الركيزة للجهاز، إذ ينتج عن الطلاء الدوراني تغطية الركيزة بأكملها بمادة واحدة.

التبخير الحراري الفراغي

الشكل 9: التبخير الحراري الفراغي (أ) وترسيب بخار الطور العضوي (ب)

تُعدّ تقنية التبخير الحراري الفراغي (VTE) إحدى تقنيات الترسيب الأخرى، حيث يتم تسخين مادة عضوية في الفراغ. توضع الركيزة على بُعد بضعة سنتيمترات من المصدر، ما يسمح بترسيب المادة المُبخرة مباشرةً عليها، كما هو موضح في الشكل 9(أ). تُفيد هذه الطريقة في ترسيب طبقات متعددة من مواد مختلفة دون حدوث تفاعل كيميائي بينها. مع ذلك، قد تظهر أحيانًا مشاكل تتعلق بتجانس سُمك الطبقة وتوزيع الشوائب بشكل متجانس على الركائز ذات المساحة الكبيرة. إضافةً إلى ذلك، قد تُلوّث المواد المُترسبة على جدار الحجرة عمليات الترسيب اللاحقة. كما قد تُؤدي تقنية "خط الرؤية" هذه إلى تكوين ثقوب في الطبقة نتيجةً للتظليل، ما يُسبب زيادة في مقاومة الجهاز التسلسلية وحدوث دارة قصر. [ 58 ]

الترسيب في الطور البخاري العضوي

تتيح عملية الترسيب من الطور البخاري العضوي (OVPD)، الموضحة في الشكل 9(ب)، تحكمًا أفضل في بنية وشكل الطبقة الرقيقة مقارنةً بالتبخير الحراري الفراغي. تتضمن هذه العملية تبخير المادة العضوية على سطح ما بوجود غاز حامل خامل. ويمكن ضبط شكل الطبقة الرقيقة الناتجة بتغيير معدل تدفق الغاز ودرجة حرارة المصدر. ويمكن الحصول على طبقات رقيقة متجانسة عن طريق خفض ضغط الغاز الحامل، مما يزيد من سرعة الغاز ومتوسط ​​مساره الحر، وبالتالي يقل سمك الطبقة الحدية. ولا تعاني الخلايا المنتجة بتقنية OVPD من مشاكل التلوث الناتجة عن الرقائق المتساقطة من جدران الحجرة، لأن هذه الجدران دافئة ولا تسمح للجزيئات بالالتصاق بها وتكوين طبقة رقيقة عليها.

من المزايا الأخرى لتقنية الترسيب الكيميائي للبخار العضوي (OVPD) مقارنةً بتقنية الترسيب الحراري البخاري (VTE) تجانس معدل التبخر. ويعود ذلك إلى تشبع الغاز الحامل بأبخرة المادة العضوية المتصاعدة من المصدر، ثم انتقاله نحو الركيزة المبردة، كما هو موضح في الشكل 9(ب). وبحسب معايير النمو (درجة حرارة المصدر، وضغط القاعدة، وتدفق الغاز الحامل)، قد يكون الفيلم المترسب بلوريًا أو غير متبلور. تُظهر الأجهزة المصنعة باستخدام تقنية الترسيب الكيميائي للبخار العضوي (OVPD) كثافة تيار دائرة قصر أعلى من تلك المصنعة باستخدام تقنية الترسيب الكيميائي للبخار العضوي (VTE). قد تعمل طبقة إضافية من الوصلة غير المتجانسة بين المانح والمستقبل في أعلى الخلية على حجب الإكسيتونات، مع السماح بتوصيل الإلكترونات، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الخلية. [ 58 ]

تأثيرات المذيب

تؤثر ظروف الطلاء الدوراني والتبخير على كفاءة الجهاز. [ 59 ] [ 60 ] يؤثر المذيب والمواد المضافة على مورفولوجيا المانح والمستقبل. [ 61 ] تعمل المواد المضافة على إبطاء عملية التبخير، مما يؤدي إلى بوليمرات أكثر تبلورًا، وبالتالي تحسين موصلية الثقوب وكفاءتها. تشمل المواد المضافة الشائعة 1،8-أوكتانيديول، وأورثو-ثنائي كلوروبنزين ، و1،8-ثنائي يودو أوكتان (DIO)، ونيتروبنزين . [ 48 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] يُعزى تأثير DIO إلى الذوبان الانتقائي لمكونات PCBM، ويُعدّل بشكل أساسي متوسط ​​مسافة قفز الإلكترونات، وبالتالي يُحسّن من حركية الإلكترونات. [ 65 ] يمكن أن تؤدي المواد المضافة أيضًا إلى زيادات كبيرة في كفاءة البوليمرات. [ 66 ] بالنسبة للخلايا الشمسية HXS-1/PCBM، ارتبط التأثير بتوليد الشحنات ونقلها وثباتها أثناء التخزين. [ 67 ] تستفيد بوليمرات أخرى مثل PTTBO بشكل كبير من DIO، حيث تصل قيم كفاءة تحويل الطاقة (PCE) إلى أكثر من 5% مقارنةً بحوالي 3.7% بدون هذه المادة المضافة.

تتميز الخلايا الشمسية البوليمرية المصنعة باستخدام الكلورونافثالين (CN) كمذيب مساعد بكفاءة أعلى من تلك المصنعة باستخدام محلول الكلوروبنزين النقي الأكثر شيوعًا. ويعود ذلك إلى تغير شكل المادة المانحة والمستقبلة، مما يقلل من انفصال الطور بين البوليمر المانح والفوليرين. ونتيجة لذلك، ترتفع حركة الثقوب. في غياب المذيبات المساعدة، تتشكل نطاقات كبيرة من الفوليرين، مما يقلل من أداء الخلية الكهروضوئية بسبب تجمع البوليمر في المحلول. ينشأ هذا الشكل من انفصال الطور السائل-السائل أثناء التجفيف؛ حيث يؤدي تبخر المذيب إلى دخول الخليط في منطقة الانفصال الطوري، التي تشهد تقلبات حرارية كبيرة. وتمنع النطاقات الكبيرة جمع الإلكترونات بكفاءة (مما يقلل من كفاءة تحويل الطاقة). [ 68 ]

قد تؤدي الاختلافات الطفيفة في بنية البوليمر إلى تغييرات كبيرة في ترتيب البلورات، مما يؤثر حتمًا على شكل الجهاز. يختلف PCPDTBT عن PSBTBT بسبب اختلاف ذرة الربط بين البوليمرين (الكربون مقابل السيليكون)، مما يعني إمكانية الحصول على أشكال أفضل باستخدام خلايا شمسية PCPDTBT:PCBM تحتوي على إضافات، مقارنةً بنظام السيليكون الذي يحقق أشكالًا جيدة دون الحاجة إلى مواد إضافية. [ 69 ]

الخلايا ذاتية التجميع

تمّ استكشاف الكيمياء فوق الجزيئية باستخدام جزيئات مانحة ومستقبلة تتجمع عند طلائها بالدوران وتسخينها. تستخدم معظم التجمعات فوق الجزيئية جزيئات صغيرة. [ 70 ] [ 71 ] تبدو نطاقات المانح والمستقبل في بنية أنبوبية مثالية للخلايا الشمسية العضوية. [ 72 ]

تُنتج البوليمرات ثنائية الكتل المحتوية على الفوليرين خلايا شمسية عضوية مستقرة عند معالجتها حرارياً. [ 73 ] وقد تم الحصول على خلايا شمسية ذات أشكال مُصممة مسبقاً عند إدخال تفاعلات فوق جزيئية مناسبة. [ 74 ]

أدى التقدم المحرز في تطوير البوليمرات المتجانسة المحتوية على مشتقات البولي ثيوفين إلى إنتاج خلايا شمسية تتجمع في شبكات محددة جيدًا. [ 75 ] يُظهر هذا النظام كفاءة تحويل طاقة شمسية تبلغ 2.04%. وتُوجه الروابط الهيدروجينية شكل الخلية.

لم تتجاوز كفاءة الأجهزة القائمة على أساليب البوليمر المشترك حاجز 2% حتى الآن، في حين أن أجهزة الوصلات غير المتجانسة الكتلية تُظهر كفاءات تزيد عن 7% في تكوينات الوصلة المفردة. [ 76 ]

استُخدمت البوليمرات المتجانسة ذات البنية العصوية والملفوفة والمطعّمة بالفوليرين لدراسة تنظيم النطاقات. [ 77 ]

توفر الأساليب فوق الجزيئية للخلايا الشمسية العضوية فهمًا للقوى الجزيئية الكبيرة التي تدفع فصل النطاقات.

خلايا بوليمرية شفافة

تسمح الخلايا الشمسية الشفافة أو شبه الشفافة بامتصاص الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة أو العالية خارج الطيف المرئي، مما يُحسّن قدرتها على استغلال ضوء الشمس ويغطي نطاقًا أوسع من أطياف الامتصاص. [ 78 ] [ 79 ] تُعدّ هذه الأنواع من الخلايا الشمسية مثالية لالتقاط فوتونات الأشعة تحت الحمراء القريبة أو فوق البنفسجية نظرًا لحساسيتها المنخفضة للفوتونات ضمن الطيف المرئي. تستخدم الخلايا الشمسية التقليدية أقطابًا معدنية معتمة تحدّ من شفافيتها، وبالتالي من أدائها. [ 78 ] طبقة الامتصاص في الخلايا الشمسية شبه شفافة بطبيعتها. [ 80 ] لذا، يتمثل أحد أساليب الحصول على خلية شمسية شفافة بشكل واضح في تعديل القطب العلوي لجعله أكثر شفافية. وقد استُخدمت مواد مثل أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، والمعادن فائقة الرقة، والشبكات المعدنية، والجرافين، وأنابيب الكربون النانوية لتصنيع أقطاب علوية شبه شفافة. [ 81 ] [ 82 ] ومع ذلك، فقد تبين أن أداء الخلايا الشمسية الشفافة أقل كفاءة مقارنةً بنظيراتها ذات الأقطاب المعتمة. [ 83 ] فعندما يكون القطب العلوي شفافًا، تقل قدرة الخلية على حصر المجال الكهرومغناطيسي في طبقة الامتصاص، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة تحويل الطاقة. ويجري حاليًا إجراء قدر كبير من الأبحاث لتحسين كفاءة تحويل الطاقة لهذه الخلايا. [ 81 ] وقد طُبقت هذه الأنواع من الخلايا الشمسية في أنظمة الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني، والأجهزة الترادفية، والإلكترونيات المحمولة. [ 78 ] [ 82 ] [ 83 ]

خلايا البوليمر بالأشعة تحت الحمراء

تمتص الخلايا العاملة بالأشعة تحت الحمراء الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء بشكل تفضيلي مقارنةً بالأطوال الموجية المرئية. طوّرت دراسة أجريت عام 2010 خلايا شمسية شفافة للأشعة تحت الحمراء، مزودة بقطب كهربائي علوي من غشاء أنابيب الكربون النانوية على الجانب الخلفي، وطبقة من زجاج أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) على الجانب الأمامي، مما يسمح بنفاذية الضوء من كلا جانبي الخلية. وُضعت طبقة من أكسيد الزنك (ZnO) فوق طبقة ITO، ثم أُضيفت إليها طبقة من P3HT:PCBM، لتُشكّل بذلك خلية ITO/ZnO/P3HT:PCBM/CNT (من الأسفل إلى الأعلى). لوحظ أن كلاً من قطب CNT العلوي وقطب ITO السفلي أظهرا نفاذية ضوئية بنسبة 80% ضمن نطاق طيفي يتراوح بين 500  نانومتر و2.5  ميكرومتر. بلغت النفاذية الضوئية للخلية نفسها 80% في نطاق 670  نانومتر إلى 1.2  ميكرومتر، و60% في نطاق 1.2  ميكرومتر إلى 2.5  ميكرومتر. في المقابل، لم تُظهر خلية تحكم ذات قطب Ag علوي أي نفاذية ضوئية ضمن هذا النطاق الطيفي. بالإضافة إلى ذلك، تميزت الخلية بنفاذية منخفضة نسبيًا في نطاق الضوء المرئي نظرًا لامتصاص طبقة P3HT:PCBM العالي للضوء المرئي. ويمكن استخدام هذه الخلايا في الأجهزة الترادفية والتجميع الرأسي للخلايا الشمسية البيروفسكيتية. [ 78 ]

في عام 2012، كانت الخلايا العاملة بالأشعة تحت الحمراء شفافة بنسبة 70% تقريبًا للضوء المرئي. ويُزعم أنه يمكن تصنيع هذه الخلايا بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة باستخدام معالجة المحلول. وتستخدم هذه الخلايا أغشية مركبة من أسلاك نانوية فضية وثاني أكسيد التيتانيوم كقطب كهربائي علوي ، بدلاً من الأقطاب المعدنية التقليدية المعتمة. وبهذا المزيج، تم تحقيق كفاءة تحويل طاقة بنسبة 4%. [ 84 ]

في عام 2014، تم تصنيع خلايا شمسية بوليمرية تعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة، تعتمد على بوليمر مشترك من نافثوديثيوفين ثنائي الإيميد وثنائي الثيوفين (PNDTI-BT-DT)، بالاشتراك مع PTB7 كمانح للإلكترونات. شكّل كل من PNDTI-BT-DT وPTB7 بنية بلورية في الأغشية المخلوطة، مشابهة لتلك الموجودة في الأغشية الأصلية، مما أدى إلى توليد شحنات فعال من كلا البوليمرين. [ 85 ]

ركزت العديد من الأبحاث على تطوير قطب كهربائي علوي شفاف للخلايا الشمسية البيروفسكيتية. مع ذلك، استكشفت دراسة أجريت عام 2017 تحسين الطبقة النشطة للخلايا الشمسية البيروفسكيتية شبه الشفافة. اقترح الباحثون خلية شمسية بيروفسكيتية شبه شفافة ذات كفاءة محسّنة تستخدم كلاً من مانح البوليمر ذي فجوة النطاق الضيقة، PTB7-Th، ومستقبل غير فوليريني، IHIC. أظهرت نتائج هذه الدراسة أن الخلية الشمسية المقترحة تتميز بنفاذية وامتصاص عاليين في طيف الأشعة تحت الحمراء، وامتصاص منخفض في الطيف المرئي. وقد أظهرت هذه الخلية استقرارًا نسبيًا، وبلغت كفاءة تحويل الطاقة القصوى فيها 9.77%، وهي أعلى قيمة مسجلة لكفاءة تحويل الطاقة حتى عام 2017. [ 86 ]

السلوك النموذجي للتيار والجهد وكفاءة تحويل الطاقة

تُوصَف الخلايا الكهروضوئية العضوية، على غرار الخلايا الكهروضوئية غير العضوية، عمومًا من خلال تحليل التيار-الجهد. [ 87 ] يوفر هذا التحليل قيمًا متعددة لمقاييس الجهاز تُستخدم لفهم أدائه. ومن أهم هذه المقاييس كفاءة تحويل الطاقة (PCE).

منحنى التيار والجهد للخلايا الكهروضوئية العضوية

إن كفاءة تحويل الطاقة (η) تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب تيار الدائرة القصيرة (J SC ) وجهد الدائرة المفتوحة (V OC ) وعامل الملء (FF)، وكلها يمكن تحديدها من منحنى التيار-الجهد.

η=VOC×جSC×FFPفي{\displaystyle \eta ={\frac {V_{\text{OC}}\times J_{\text{SC}}\times FF}{P_{\text{in}}}}}

حيث P in هي الطاقة الشمسية الساقطة.

تيار الدائرة القصيرة (Jsc) هو أقصى قيمة لتوليد التيار الضوئي. [ 88 ] وهو يُمثل قيمة نقطة تقاطع منحنى التيار-الجهد القياسي مع المحور الصادي، حيث يُمثل التيار المحور الصادي والجهد المحور السيني.  في الخلايا الشمسية العضوية، يتأثر تيار الدائرة القصيرة بعوامل مادية متعددة، منها حركة حاملات الشحنة، وخصائص الامتصاص الضوئي، والقوى الدافعة العامة التي تُسهم في استخلاص حاملات الشحنة بكفاءة أعلى. [ 88 ]

جهد الدائرة المفتوحة (Voc) هو الجهد الذي يكون عنده التيار الكهربائي غير المار عبر الجهاز. [ 88 ] ويتوافق هذا مع نقطة تقاطع منحنى التيار-الجهد مع المحور السيني. في الأجهزة الكهروضوئية العضوية ذات الوصلات غير المتجانسة، تعتمد هذه القيمة بشكل كبير على مستويات طاقة HOMO وLUMO ووظائف الشغل لمواد الطبقة الفعالة. [ 88 ]

بما أن القدرة هي حاصل ضرب الجهد والتيار، فإن نقطة القدرة القصوى تحدث عندما يكون حاصل ضرب الجهد والتيار في أقصى قيمة له.

يمكن اعتبار عامل الملء (FF) بمثابة "استقامة" منحنى التيار-الجهد. [ 87 ] وهو ناتج قسمة قيمة القدرة القصوى على حاصل ضرب جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة. [ 87 ] يظهر ذلك في الصورة أعلاه كنسبة مساحة المستطيل الأصفر إلى مساحة المستطيل الأزرق الأكبر. بالنسبة للخلايا الكهروضوئية العضوية، يُعد عامل الملء هذا مقياسًا لكفاءة استخلاص الشحنات المتولدة من الجهاز. [ 88 ] ويمكن اعتبار ذلك بمثابة "تنافس" بين الشحنات التي تنتقل عبر الجهاز والشحنات التي تتحد. [ 88 ]

تُعدّ كفاءة تحويل الطاقة المنخفضة للخلايا الشمسية البوليمرية إحدى المشكلات الرئيسية التي تواجهها . ولكي تُعتبر هذه الخلايا مجدية تجاريًا، يجب أن تحقق كفاءة لا تقل عن 10-15% [ 89 ] ، وهي نسبة أقل بكثير من كفاءة الخلايا الكهروضوئية غير العضوية. ومع ذلك، ونظرًا لانخفاض تكلفة الخلايا الشمسية البوليمرية، فإنّ كفاءة 10-15% تُعدّ مجدية تجاريًا.

أدت التطورات الحديثة في أداء الخلايا الشمسية البوليمرية إلى تقليص فجوة النطاق لتعزيز تيار الدائرة القصيرة، مع خفض مستوى أعلى مدار جزيئي مشغول (HOMO) لزيادة جهد الدائرة المفتوحة. ومع ذلك، لا تزال هذه الخلايا تعاني من انخفاض عامل الملء (عادةً أقل من 70%). ولكن، منذ عام 2013، تمكن الباحثون من تصنيع خلايا شمسية بوليمرية بعامل ملء يتجاوز 75%. وقد حقق العلماء ذلك من خلال استخدام وصلة غير متجانسة معكوسة (BHJ) وتراكيب مانحة/مستقبلة غير تقليدية. [ 90 ]

التسويق التجاري

عدد المنشورات العلمية التي ساهمت في موضوع "الخلايا الشمسية البوليمرية" حسب السنة. تم البحث من خلال ISI، Web of Science . [ 91 ]

لم تتمكن الخلايا الشمسية البوليمرية بعد من منافسة الخلايا الشمسية السيليكونية وغيرها من الخلايا الرقيقة تجاريًا . تبلغ كفاءة الخلايا الشمسية البوليمرية حاليًا حوالي 10%، وهي أقل بكثير من كفاءة الخلايا السيليكونية. كما تعاني الخلايا الشمسية البوليمرية من التدهور البيئي لافتقارها إلى طبقات حماية فعالة .

هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات في الأداء لتعزيز انتشار حاملات الشحنة؛ يجب تحسين النقل من خلال التحكم في الترتيب والشكل؛ ويجب تطبيق هندسة الواجهة على مشكلة نقل الشحنة عبر الواجهات.

تُجرى أبحاثٌ حاليًا حول استخدام بنية الترادف لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية البوليمرية. وعلى غرار بنية الترادف غير العضوية، يُتوقع أن تُحسّن بنية الترادف العضوية الكفاءة. وبالمقارنة مع جهاز أحادي الوصلة يستخدم مواد ذات فجوة طاقة منخفضة، يُمكن لبنية الترادف تقليل فقد الحرارة أثناء تحويل الفوتونات إلى إلكترونات. [ 9 ]

لا تُنتج الخلايا الشمسية البوليمرية على نطاق واسع تجاريًا. ففي عام ٢٠٠٨، بدأت شركة كوناركا تكنولوجيز بإنتاج خلايا شمسية من البوليمر والفوليرين. [ ٩٢ ] كانت كفاءة الوحدات الأولية تتراوح بين ٣ و٥٪، ولم تدم سوى بضع سنوات. وقد أعلنت كوناركا إفلاسها لاحقًا، نظرًا لعدم قدرة هذه الخلايا الشمسية البوليمرية على اختراق سوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

لا تزال الخلايا الشمسية البيروفسكيتية تعاني من انخفاض معامل التعبئة (عادةً أقل من 70%). مع ذلك، تمكن الباحثون منذ عام 2013 من تصنيع خلايا شمسية بيروفسكيتية بمعامل تعبئة يزيد عن 75%. وقد حقق العلماء ذلك من خلال استخدام وصلة غير متجانسة معكوسة (BHJ) وباستخدام تركيبات غير تقليدية من المانح والمستقبل. [ 90 ]

مع ذلك، تُبذل جهودٌ حثيثةٌ لزيادة إنتاج الخلايا الشمسية البوليمرية، بهدف خفض التكاليف ودعم نهجٍ عمليٍّ لإنتاجها. وتشمل هذه الجهود معالجة المحلول بتقنية اللفائف الكاملة. إلا أن هذه التقنية غير مناسبةٍ لإنتاج الكهرباء المتصلة بالشبكة نظرًا لقصر عمر الخلايا الشمسية البوليمرية. لذا، لا تزال التطبيقات التجارية لهذه الخلايا تقتصر في المقام الأول على الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة المنزلية. [ 93 ]

نمذجة الخلايا الشمسية العضوية

كما ذُكر سابقاً، تُعدّ أشباه الموصلات العضوية موادّ شديدة الاضطراب تفتقر إلى الترتيب بعيد المدى. وهذا يعني أن حواف نطاق التوصيل ونطاق التكافؤ غير محددة بدقة. علاوة على ذلك، يُولّد هذا الاضطراب الفيزيائي والطاقي حالاتٍ محصورةً يمكن أن تُحاصر فيها الإلكترونات والفجوات الضوئية، ثم تتحد في نهاية المطاف.

يكمن مفتاح الوصف الدقيق للخلايا الشمسية العضوية في نموذج الجهاز في تضمين احتجاز وإعادة تركيب حاملات الشحنة عبر حالات الفخ. يتمثل أحد الأساليب الشائعة في استخدام نموذج الوسط الفعال، حيث تُستخدم معادلات الانجراف والانتشار القياسية لوصف النقل عبر الجهاز. بعد ذلك، يُضاف ذيل أسي لحالات الفخ يتلاشى في فجوة النطاق من حواف الحركة. [ 94 ] لوصف عملية الالتقاط/الهروب من حالات الفخ هذه، يمكن استخدام آلية شوكلي-ريد-هول (SRH) . وقد ثبت أن آلية شوكلي-ريد-هول قادرة على محاكاة سلوك جهاز البوليمر:الفوليرين في كل من المجال الزمني والحالة المستقرة. [ 94 ]

يتطلب تصميم الخلايا الشمسية العضوية تحسين عدد كبير من المعايير الهيكلية والتركيبية، مثل فجوات الطاقة وسماكة الطبقات. ويمكن لمحاكاة الأجهزة الرقمية أن توفر رؤية ثاقبة لتحديد التكوين الأمثل للطبقات، مما يسمح بتقليل الوقت اللازم لتطوير خلايا شمسية عالية الكفاءة.

التحديات الراهنة والتقدم المحرز مؤخراً

تشمل الصعوبات المرتبطة بالخلايا الكهروضوئية العضوية انخفاض كفاءتها الكمية الخارجية (حتى 70%) [ 95 ] مقارنةً بالخلايا الكهروضوئية غير العضوية، على الرغم من كفاءتها الكمية الداخلية الجيدة؛ ويعود ذلك إلى عدم كفاية الامتصاص في الطبقات النشطة التي يبلغ سمكها حوالي 100 نانومتر. كما أن عدم استقرارها تجاه الأكسدة والاختزال، وإعادة التبلور، وتغيرات درجة الحرارة، قد يؤدي إلى تدهور الجهاز وانخفاض أدائه بمرور الوقت. ويحدث هذا بدرجات متفاوتة للأجهزة ذات التركيبات المختلفة، وهو مجال يشهد نشاطًا بحثيًا مكثفًا. [ 96 ]

وتشمل العوامل المهمة الأخرى طول انتشار الإكسيتون، وفصل الشحنة، وتجميع الشحنة، والتي تتأثر بوجود الشوائب.

التنقل والنقل لحاملات الشحن

يُعدّ فهم انتقال حاملات الشحنة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية العضوية، لا سيما في الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة. حاليًا، تعاني هذه الخلايا من عدم توازن في حركة حاملات الشحنة، حيث تقل حركة الثقوب بمقدار عشرة أضعاف على الأقل عن حركة الإلكترونات؛ مما يؤدي إلى تراكم الشحنة الفضائية وانخفاض عامل الملء وكفاءة تحويل الطاقة. [ 97 ] ونظرًا لانخفاض حركة حاملات الشحنة، يجب تصميم الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة عالية الكفاءة بطبقات فعّالة رقيقة لتجنب إعادة تركيب حاملات الشحنة، وهو ما يُعيق الامتصاص وقابلية التوسع في التصنيع. وقد أظهرت المحاكاة أنه للحصول على خلية شمسية ذات وصلة غير متجانسة بعامل ملء يزيد عن 0.8 وكفاءة كمية خارجية تزيد عن 90%، لا بد من تحقيق توازن في حركة حاملات الشحنة للحد من تأثير الشحنة الفضائية، بالإضافة إلى زيادة حركة حاملات الشحنة و/أو خفض ثابت معدل إعادة التركيب الجزيئي . [ 98 ]

تأثير مورفولوجيا الفيلم

الشكل 8: وصلة غير متجانسة مطوية للغاية (أ)؛ وصلة غير متجانسة ذات نمو متحكم فيه (ب)

كما ذُكر سابقًا، تتميز الوصلات غير المتجانسة المشتتة للمواد العضوية المانحة والمستقبلة بكفاءة كمية عالية مقارنةً بالوصلات غير المتجانسة المستوية، وذلك لأن احتمالية عثور الإكسيتون على سطح فاصل ضمن مسافة انتشاره تكون أكبر في الوصلات غير المتجانسة المشتتة. كما أن لبنية الفيلم تأثيرًا كبيرًا على الكفاءة الكمية للجهاز. فالأسطح الخشنة ووجود الفراغات قد يزيدان من المقاومة التسلسلية، وبالتالي يزيدان من احتمالية حدوث قصر في الدائرة. ويمكن تحسين بنية الفيلم، وبالتالي الكفاءة الكمية، عن طريق تلدين الجهاز بعد تغطيته بمهبط معدني بسمك 1000 أنغستروم تقريبًا. يُسلط الفيلم المعدني فوق الفيلم العضوي إجهادات عليه، مما يساعد على منع استرخاء بنيته. وهذا يُنتج أفلامًا أكثر كثافة، ويسمح في الوقت نفسه بتكوين سطح فاصل متداخل بين المانح والمستقبل منفصل الطور داخل كتلة الفيلم العضوي الرقيق. [ 99 ]

استنادًا إلى هذه التطورات، يعمل المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) على تطوير تقنيات معالجة متواصلة لتحسين التحكم المورفولوجي في طبقات الوصلات غير المتجانسة. ومن خلال التحكم الدقيق في فصل الطور بين مواد المانح والمستقبل، تُسهّل هذه التقنيات استخلاص الشحنات ونقلها بكفاءة أكبر، مما يُحسّن في نهاية المطاف أداء الجهاز بشكل عام. بالإضافة إلى ذلك، ومن خلال تحسين ظروف الترسيب ومعالجة المذيب، يسعى نهج NREL إلى تقليل العيوب المورفولوجية التي تُساهم في إعادة تركيب الشحنات، وبالتالي تعزيز كل من الكفاءة والاستدامة البيئية في إنتاج الخلايا الشمسية العضوية. [ 100 ]

وصلة غير متجانسة ذات نمو متحكم به

يحدث فصل الشحنات عند سطح التماس بين المادة المانحة والمادة المستقبلة. وأثناء انتقال الشحنة إلى القطب الكهربائي، قد تُحاصر أو تتحد في مادة عضوية متداخلة غير منتظمة، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الجهاز. يوفر النمو المُتحكم به للوصلة غير المتجانسة تحكمًا أفضل في مواقع المواد المانحة والمستقبلة، مما ينتج عنه كفاءة طاقة أعلى بكثير (نسبة الطاقة الخارجة إلى الطاقة الداخلة) مقارنةً بالوصلات غير المتجانسة المستوية وغير المنتظمة (كما هو موضح في الشكل 8). لذا، يُعد اختيار معايير المعالجة المناسبة للتحكم بشكل أفضل في بنية وشكل الفيلم أمرًا مرغوبًا للغاية. [ 32 ]

مصيدة ضوئية

تُستخدم أنواع مختلفة من المكونات لزيادة تأثيرات احتجاز الضوء (اقتران الضوء) في الخلايا الشمسية العضوية الرقيقة. [ 101 ] بالإضافة إلى مرونة الخلايا الشمسية العضوية، يُمكن إنتاج خلايا شمسية عضوية مرنة تمامًا باستخدام أقطاب كهربائية مرنة [ 102 ] [ 103 ] وركائز مرنة [ 104 ] بدلًا من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) والزجاج على التوالي. وبفضل استخدام هذه الركائز المرنة، تُسهّل طرقٌ أخرى لتوفير تأثيرات احتجاز الضوء للخلايا الكهروضوئية العضوية، مثل الأقطاب الكهربائية البوليمرية المُدمجة بجزيئات مُشتِّتة، [ 105 ] والأقطاب الكهربائية البوليمرية المطبوعة بتقنية النانو، [ 106 ] وركائز البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) المنقوشة ، [ 107 ] [ 108 ] وحتى أغشية العرض البصرية المُستخدمة تجاريًا في شاشات الكريستال السائل (LCD) كركائز. [ 109 ] وسيتم إجراء العديد من الأبحاث لتحسين أداء الخلايا الكهروضوئية العضوية بالاستفادة من سهولة معالجة هياكل احتجاز الضوء.

الاستخدام في الخلايا الكهروضوئية المتسلسلة

أُجريت أبحاث ودراسات حديثة حول استخدام الخلايا الشمسية العضوية كخلايا علوية في مكدس الخلايا الشمسية الترادفية الهجينة . ونظرًا لأن الخلايا الشمسية العضوية تتمتع بفجوة نطاق طاقة أعلى من الخلايا الكهروضوئية غير العضوية التقليدية، مثل السيليكون أو CIGS ، فإنها قادرة على امتصاص فوتونات ذات طاقة أعلى دون فقدان كبير للطاقة نتيجةً للتوازن الحراري، وبالتالي تعمل بجهد أعلى. تمر الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة والفوتونات ذات الطاقة العالية غير الممتصة عبر الخلية الشمسية العضوية العلوية، ثم تمتصها الخلية غير العضوية السفلية. كما تتميز الخلايا الشمسية العضوية بإمكانية معالجتها باستخدام المحاليل في درجات حرارة منخفضة وبتكلفة زهيدة تبلغ 10 دولارات للمتر المربع، مما ينتج عنه خلية علوية قابلة للطباعة تُحسّن الكفاءة الإجمالية لتقنيات الخلايا الشمسية غير العضوية الحالية. [ 110 ] وقد أُجريت أبحاث مكثفة لتمكين تكوين مكدس الخلايا الشمسية الترادفية الهجينة هذا، بما في ذلك أبحاث ترسيب الأقطاب الكهربائية شبه الشفافة التي تحافظ على مقاومة تلامس منخفضة مع شفافية عالية. [ 111 ]

السلوك الميكانيكي

يُعدّ فهم الخصائص الميكانيكية لأشباه الموصلات العضوية، ولا سيما آليات فشل خلايا الطاقة الشمسية العضوية أثناء التشغيل، أمرًا بالغ الأهمية لتحديد استقرارها التشغيلي في مختلف التطبيقات. تُعزى هذه الخصائص إلى القوى بين الجزيئية والسطحية الموجودة في المادة. ولا تتأثر هذه الخصائص بالبنية الجزيئية فحسب، بل تتأثر أيضًا بظروف التصنيع، مما يجعل دراسة الخصائص الميكانيكية للأغشية الرقيقة البوليمرية، مثل معامل الشد، والليونة، ومقاومة الكسر تحت الإجهاد، أمرًا صعبًا. [ 112 ] ولهذا السبب، يصعب تحديد "مؤشر جودة" يتنبأ بالاستقرار الميكانيكي للجهاز، كما أن متانة الجهاز تحت الإجهاد تعتمد على عوامل عديدة.

في أغلب الأحيان، توفر الركيزة الدعم للجهاز، ويؤدي أي خلل ميكانيكي فيها إلى انخفاض كفاءة تحويل الطاقة. لذا، فبينما يُعدّ توفير الدعم الميكانيكي للطبقة العضوية النشطة أمرًا ضروريًا، يجب الحرص على ألا يؤدي رفع قوة الشد للركيزة إلى تشقق الطبقة الرقيقة عند الإجهادات المنخفضة. عمومًا، يُفضّل أن تتشوه الطبقة النشطة بالتزامن مع الركيزة، وهو ما يتحقق بمعامل مرونة منخفض وحد مرونة عالٍ. تُقاس مطيلية الأغشية الرقيقة عادةً بالإجهاد الذي تظهر عنده الشقوق. مع ذلك، يعتمد إجهاد بدء التشقق أيضًا على عوامل أخرى، مثل درجة التماسك/الالتصاق بين الغشاء والركيزة. وقد ربطت دراسات عديدة طاقة الكسر التماسكية أو الالتصاقية (G<sub> c</sub>) ، المُعرّفة بأنها الشغل اللازم لكسر أسطح البوليمر المنفصلة، ​​بالمعايير الجزيئية وظروف التصنيع. [ 113 ] [ 114 ] إلى جانب التماسك، يعتمد مسار انتشار الشقوق بعد تشكلها على الخصائص الميكانيكية للمادة التي ينتشر الشق من خلالها. في البوليمرات مثل P3HT التي تُظهر لدونة جيدة، تتشكل منطقة لدنة عند طرف الشق عند تطبيق إجهاد شد عمودي على مستوى الجهاز، وتتوسع حتى تُحصر إما بواسطة نطاقات بلورية في الغشاء أو بواسطة ركيزة صلبة، مما يؤدي إلى تبديد طاقة التشوه وتقليل التماسك بين الأسطح البينية. [ 115 ] كما أثبتت تقنية الانبعاج الميكانيكي نجاحًا كبيرًا في تحديد معاملات المرونة للعديد من الأغشية الرقيقة العضوية. تعتمد هذه الطريقة على عدم استقرار الانبعاج الذي يُسبب تجاعيد في الغشاء تحت تأثير إجهاد ضغط. يمكن ربط طول موجة نمط التجعد بمعامل الشد للغشاء بدلالة سمك الغشاء ومعامل مرونة الركيزة. [ 116 ]

في تصميم الأجهزة التي تتضمن خلايا شمسية عضوية، تم تحديد كل من معامل التوصيل الحراري (Gc) والإجهاد عند الكسر كمقياسين مهمين يجب أخذهما في الاعتبار. عادةً ما تكون طبقة الوصلة غير المتجانسة (BHJ) أضعف طبقة في الخلية الشمسية العضوية، لذا من الضروري تصميم موادها لتكون مستقرة ميكانيكيًا، مع استهداف قيمة Gc تبلغ 5 جول/م² وإجهاد عند الكسر يتراوح بين 20 و30%. وقد أظهرت المستقبلات القائمة على البوليمرات خصائص ميكانيكية فائقة مقارنةً بالمستقبلات الجزيئية الصغيرة والمستقبلات القائمة على الفوليرين. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر الخصائص الميكانيكية للمستقبلات القائمة على البوليمرات بمتوسط ​​الوزن الجزيئي العددي (Mn). وقد تبين أن الخصائص الميكانيكية تزداد مع زيادة Mn ، ولكن فقط بعد أن يتجاوز Mn قيمة Mc ، وهي الوزن الجزيئي الحرج الذي تتسبب عنده التشابكات في زيادة معدل تغير اللزوجة مع زيادة Mn . تحدث هذه الظاهرة نتيجة لزيادة معدل تشابك السلاسل وقابلية الامتزاج بين مستقبل البوليمر ومانحه. نتيجةً لهذه الخصائص، كان التشوه اللدن لهذه المواد عند تعرضها للإجهاد الميكانيكي مرتفعاً، مما يعني تبديد جزء أكبر من الطاقة، بينما انكسرت المواد ذات القوة الميكانيكية الأقل بسهولة أكبر. [ 117 ]

التوجهات الحديثة لأبحاث المواد ذات الوصلات غير المتجانسة.

يُعدّ استخدام مستقبلات غير الفوليرين أحد المجالات البحثية الرئيسية الحالية . فبينما تُعتبر مستقبلات الفوليرين المعيار السائد في معظم الخلايا الكهروضوئية العضوية نظرًا لتوافقها مع تصميمات الخلايا ذات الوصلات غير المتجانسة وخصائصها النقلية الجيدة، إلا أنها تعاني من بعض العيوب التي تدفع الباحثين إلى البحث عن بدائل. [ 118 ] تشمل بعض سلبيات مستقبلات الفوليرين عدم استقرارها، ومحدودية إمكانية ضبط طاقتها، وضعف امتصاصها الضوئي. [ 118 ] وقد طوّر الباحثون مستقبلات جزيئية صغيرة تتميز بإمكانية ضبط طاقتها بشكل جيد، مما يسمح لها بتحقيق جهد دائرة مفتوحة عالٍ. [ 118 ] ومن خلال دمج مانح بوليمري (D18) مع مستقبل جزيئي صغير (Y6)، تمكّن العلماء من تصنيع خلايا شمسية عضوية في المختبر بكفاءة عالية تتجاوز 18%. [ 119 ] ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات كبيرة فيما يتعلق بمستقبلات غير الفوليرين، بما في ذلك انخفاض حركية حاملات الشحنة في مستقبلات الجزيئات الصغيرة، وأن العدد الهائل من الجزيئات الممكنة يمثل تحديًا كبيرًا لمجتمع البحث العلمي. [ 118 ]

يُعدّ اختيار مذيب ذي درجة غليان عالية وصديق للبيئة تحديًا رئيسيًا أمام تطوير الخلايا الشمسية العضوية التي تستخدم مستقبلات غير الفوليرين (NFAs)، في حين تميل المذيبات التقليدية، مثل الكلوروفورم (CF)، إلى إظهار درجات غليان منخفضة وسمية. يُعدّ هذا المذيب ضروريًا لتوسيع نطاق إنتاج الخلايا الشمسية العضوية، ولكنه يرتبط أيضًا بانخفاض كفاءة تحويل الطاقة (PCE) نتيجةً لضعف ذوبان المواد المانحة والمستقبلة فيه. وقد أدى ربط سلاسل الألكيل بمستقبلات غير الفوليرين إلى زيادة الذوبان، ولكنه أدى إلى انخفاض التراص الجزيئي (التراص π)، مما لم يُحدث تأثيرًا صافيًا على كفاءة تحويل الطاقة. وقد وُجد أن استخدام جزيئات ضيفية يُحسّن كلاً من الذوبان والتراص الجزيئي. أدى استخدام جزيء ضيف يُدعى BTO، ذو سلاسل جانبية من أوليجو (إيثيلين جليكول) (OEG)، مع NFA Y6 كمستقبل، وPM6 كواهب، والبارازيلين (PX) كمذيب مستدام ذي نقطة انصهار عالية، إلى زيادة في كفاءة تحويل الطاقة الضوئية من 11% إلى أكثر من 16%، وهو مستوى مقبول من الكفاءة. [ 120 ] ومن التعديلات الأخرى الناجحة في تطوير الخلايا الكهروضوئية العضوية الأنظف، طلاء الركائز بالدوران الساخن باستخدام مذيبات غير هالوجينية. وقد وُجد أن درجة حرارة تشغيل طلاء الدوران الساخن تُغير من تحول مزيج المستقبل والواهب من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، بحيث تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة تركيز المستقبل على سطح الركيزة. ويعود ذلك إلى أن درجات الحرارة المرتفعة تُقلل من التكتل والترسيب، مما يسمح للركيزة بالاحتفاظ بتركيز أعلى من المستقبل. في تجربة، أظهرت الخلايا الشمسية العضوية المصنعة من مزيج ثلاثي من مانح PM6 ومستقبلات Y6-1O وBO-4Cl، باستخدام مذيبات غير مهلجنة متنوعة، بما في ذلك الأو-زيلين والتولوين، قيم كفاءة تحويل طاقة ضوئية (PCE) تتجاوز 18%، وهي أعلى كفاءة تم الحصول عليها حتى الآن للخلايا الكهروضوئية العضوية المصنعة باستخدام مذيبات غير مهلجنة. وأظهرت تحليلات مورفولوجية إضافية أن الخلايا الكهروضوئية العضوية المصنعة بتقنية الغزل الساخن باستخدام مذيبات غير مهلجنة أظهرت خصائص مورفولوجية مماثلة لتلك الخاصة بالخلايا الكهروضوئية العضوية المصنعة باستخدام مذيبات مهلجنة. [ 121 ]

تُجرى أبحاث مكثفة على الجزيئات الصغيرة لاستخدامها كمواد مانحة، ما قد يحل محل المواد المانحة البوليمرية. ولأن الجزيئات الصغيرة لا تختلف في أوزانها الجزيئية كما هو الحال في البوليمرات، فإنها تتطلب خطوات تنقية أقل، كما أنها أقل عرضة لعيوب الجزيئات الكبيرة والانحناءات التي قد تُسبب حالات احتجاز تؤدي إلى إعادة التركيب. [ 122 ] وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أن هياكل الجزيئات الصغيرة المانحة عالية الأداء تميل إلى امتلاك هياكل ثنائية الأبعاد مستوية، ويمكنها التجمع أو التجميع الذاتي. [ 122 ] ونظرًا لأن أداء هذه الأجهزة يعتمد بشكل كبير على مورفولوجيا الطبقة النشطة، فإن الأبحاث الحالية مستمرة في استكشاف إمكانيات الجزيئات الصغيرة، وتحسين مورفولوجيا الجهاز من خلال عمليات مثل التلدين لمختلف المواد. [ 122 ]

في الوقت نفسه، تستمر التطورات في مواد الوصلات غير المتجانسة في تحقيق تحسينات في الكفاءة والاستقرار. وقد دعمت وزارة الطاقة الأمريكية أبحاثًا حول مستقبلات جديدة غير فوليرينية (NFAs) تهدف إلى تقليل فقد الطاقة وتحسين فصل الشحنات. [ 123 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. عامري، طيبة؛ دينلر، جيل؛ لونغنشميد، كريستوف؛ برابيك، كريستوف (2009). "الخلايا الشمسية العضوية الترادفية: مراجعة" . الطاقة والعلوم البيئية . 2 (4): 348. Bibcode : 2009EnEnS...2..347A . doi : 10.1039/B817952B . تاريخ الاسترجاع: 20 مايو 2019 .
  2. بولفري، إل دي (1978). توليد الطاقة الكهروضوئية . نيويورك: شركة فان نوستراند رينهولد. ISBN 978-0-442-26640-0.
  3. نيلسون، جيني (2011-10-01). "خلايا شمسية ذات وصلة غير متجانسة من البوليمر والفوليرين" . مجلة المواد اليوم . 14 (10): 462-470 . Bibcode : 2011MaTod..14..462N . doi : 10.1016/S1369-7021(11)70210-3 .
  4. "ما الذي يمكن أن تقدمه الخلايا الشمسية العضوية؟" . 25 مارس 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 مارس 2021 .
  5. ^ لوثر، يواكيم. ناست، مايكل. فيش، م. نوربرت؛ كريستوفرز، ديرك. فيسترر، فريتز. ميسنر، ديتر. نيتش، يواكيم (2000). “تكنولوجيا الطاقة الشمسية”. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . دوى : 10.1002/14356007.a24_369 . رقم ISBN 3-527-30673-0.
  6. ^ يورجنسن ، ميكيل. نورمان، كيون. كريبس، فريدريك سي. (2008). “استقرار / تدهور الخلايا الشمسية البوليمرية”. مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 92 (7): 686. بيب كود : 2008SEMSC..92..686J . دوى : 10.1016/j.solmat.2008.01.005 .
  7. بو، ريكاردو؛ كاربونيرا، كيارا؛ برناردي، أندريا؛ تينتي، فرانشيسكا؛ كامايوني، ناديا (2012). "أقطاب كهربائية بوليمرية وكربونية للخلايا الشمسية البوليمرية: نحو تصنيع مستمر منخفض التكلفة على مساحة واسعة". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 100 : 97. Bibcode : 2012SEMSC.100...97P . doi : 10.1016/j.solmat.2011.12.022 .
  8. شاربر، إم سي؛ مولباخر، دي؛ كوب، إم؛ دينك، بي؛ فالدوف، سي؛ هيغر، إيه جيه؛ برابيك، سي جيه (2006). "قواعد تصميم المواد المانحة في الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة - نحو كفاءة تحويل طاقة بنسبة 10%" (ملف PDF) . المواد المتقدمة . 18 (6): 789. Bibcode : 2006AdM....18..789S . doi : 10.1002/adma.200501717 . S2CID 13842344 .  
  9. يو ، جينغبي؛ دو، ليتيان؛ يوشيمورا، كين؛ كاتو، تاكيهيتو؛ أوهيا، كينيتشيرو؛ موريارتي، توم؛ إيمري، كيث؛ تشين، تشون-تشاو (5 فبراير 2013). "خلية شمسية بوليمرية ترادفية بكفاءة تحويل طاقة تبلغ 10.6%" . مجلة نيتشر كوميونيكيشنز . 4 1446. Bibcode : 2013NatCo...4.1446Y . doi : 10.1038/ncomms2411 . PMC 3660643. PMID 23385590 .  
  10. «باحثو جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية يحققون كفاءة قياسية بلغت 19.31% باستخدام الخلايا الشمسية العضوية» . جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية . 25 مايو 2023. تاريخ الاطلاع: 7 يونيو 2023 .
  11. ريفرز، بي. إن. (2007). أحدث الأبحاث في مجال الطاقة الشمسية . دار نوفا للعلوم. رقم ISBN 978-1-60021-336-6.
  12. 1 2 3 ماكجي دي جي؛ توبينكا إم إيه (2006). "الخلايا الشمسية: صور من المنطقة المختلطة". نيتشر ماتيريالز . 5 (9): 675-676 . Bibcode : 2006NatMa...5..675M . doi : 10.1038/ nmat1723 . PMID 16946723. S2CID 43074502 .  
  13. 1 2 3 4 نيلسون ج. (2002). "الأغشية الكهروضوئية العضوية". الرأي الحالي في علوم الحالة الصلبة والمواد . 6 (1): 87-95 . Bibcode : 2002COSSM...6...87N . doi : 10.1016/S1359-0286(02)00006-2 .
  14. 1 2 3 4 هولز جيه جيه إم؛ فريند آر إتش (2001). آرتشر إم دي؛ هيل آر دي (محرران). الكهرباء النظيفة من الخلايا الكهروضوئية . لندن: مطبعة إمبريال كوليدج. ص 377-445 . ISBN  978-1-86094-161-0.
  15. 1 2 هوب، هـ. وساريسيفيتشي، ن. س. (2004). "الخلايا الشمسية العضوية: نظرة عامة". مجلة أبحاث المواد . 19 (7): 1924-1945 . Bibcode : 2004JMatR..19.1924H . doi : 10.1557/JMR.2004.0252 . S2CID 22455511 . 
  16. زيغا، ليزا. "كفاءة الخلايا الشمسية البوليمرية المعكوسة تسجل رقماً قياسياً عالمياً" . Phys.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 فبراير 2015 .
  17. بيفريكاس، أ.؛ ساريشيفتشي، ن. س .؛ جوشكا، ج.؛ أوسترباكا، ر. (2007). "مراجعة لنقل الشحنات وإعادة تركيبها في الخلايا الشمسية العضوية البوليمرية/الفوليرين" (ملف PDF) . التقدم في الخلايا الكهروضوئية: البحوث والتطبيقات . 15 (8): 677. doi : 10.1002/pip.791 .
  18. تيسلر، نير؛ بريزانت، يفغيني؛ رابابورت، نوام؛ رويشمان، يوهاي (2009). "نقل الشحنة في المواد العضوية غير المنتظمة وأهميته لأجهزة الأغشية الرقيقة: مراجعة تعليمية" (ملف PDF) . المواد المتقدمة . 21 (27): 2741. Bibcode : 2009AdM....21.2741T . doi : 10.1002/adma.200803541 . S2CID 25748928 . 
  19. 1 2 كيرنز د.؛ كالفن م. (1958). " التأثير الكهروضوئي والتوصيل الضوئي في الأنظمة العضوية الرقائقية" . مجلة الفيزياء الكيميائية . 29 (4): 950-951 . Bibcode : 1958JChPh..29..950K . doi : 10.1063/1.1744619 . OSTI 919678. S2CID 95918786 .  
  20. غوش وآخرون (1974). "الخواص الكهروضوئية والتقويمية لخلايا شوتكي ذات حاجز من فثالوسيانين الألومنيوم/المغنيسيوم/الفضة". مجلة الفيزياء التطبيقية ، 45 (1): 230-236 . Bibcode : 1974JAP....45..230G . doi : 10.1063/1.1662965 . 
  21. واينبرغر بي آر وآخرون (1982). "أجهزة الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من البولي أسيتيلين". سينث. ميت . 4 (3): 187– 197. doi : 10.1016/0379-6779(82)90012-1 . 
  22. غلينيس إس، وآخرون (1986). "تأثير التطعيم على الخصائص الكهروضوئية للأغشية الرقيقة من بولي-3-ميثيل ثيوفين". أغشية صلبة رقيقة . 139 (3): 221-231 . Bibcode : 1986TSF...139..221G . doi : 10.1016/0040-6090(86)90053-2 . 
  23. كارغ إس، وآخرون (1993). "الخصائص الكهربائية والبصرية لثنائيات باعثة للضوء من متعدد (فينيلين-فينيلين)". المعادن الاصطناعية . 54 ( 1-3 ): 427-433 . doi : 10.1016/0379-6779(93)91088-J . 
  24. ساريسفتشي، ن.س.؛ براون، د.؛ تشانغ، س.؛ سردانوف، ف.إ.؛ هيغر، أ.ج.؛ ستوكي، ج.؛ وودل، ف. (1993). "وصلات غير متجانسة من بوليمر شبه موصل-باكمينستر فوليرين: ثنائيات، ثنائيات ضوئية، وخلايا كهروضوئية" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 62 (6): 585-587 . Bibcode : 1993ApPhL..62..585S . doi : 10.1063/1.108863 .
  25. هولز وآخرون (1996). "انتشار وتفكك الإكسيتون في خلية ضوئية ذات وصلة غير متجانسة من بولي (فينيلين فينيلين)/C60". مجلة الفيزياء التطبيقية ، 68 (22): 3120-3122 . Bibcode : 1996ApPhL..68.3120H . doi : 10.1063/1.115797 . 
  26. تانغ سي دبليو (1986). "خلية ضوئية عضوية ثنائية الطبقات". رسائل الفيزياء التطبيقية 48 (2): 183-185 . Bibcode : 1986ApPhL..48..183T . doi : 10.1063/1.96937 .
  27. هولز وآخرون (1997). "التأثير الكهروضوئي في وصلة غير متجانسة من بولي (بارا-فينيلين فينيلين)/بيريلين". سينث. ميت . 85 ( 1-3 ): 1307-1308 . doi : 10.1016/S0379-6779(97)80252-4 . 
  28. حقق مركز أبحاث الطاقة الكهروميكانيكية (Imec) كفاءة قياسية بلغت 8.4% في الخلايا الشمسية العضوية الخالية من الفوليرين . Rdmag.com. تاريخ الاطلاع: 12 نوفمبر 2015.
  29. كاو، ويران؛ شيو، جيانغينغ (2014). "التقدم الحديث في الخلايا الكهروضوئية العضوية: بنية الجهاز والتصميم البصري". الطاقة والعلوم البيئية . 7 (7): 2123. Bibcode : 2014EnEnS...7.2123C . doi : 10.1039/C4EE00260A .
  30. هيغر، آلان ج. (يناير 2014). "مقال الذكرى السنوية الخامسة والعشرين: الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة: فهم آلية التشغيل". المواد المتقدمة . 26 (1): 10-28 . Bibcode : 2014AdM....26...10H . doi : 10.1002/adma.201304373 . PMID 24311015. S2CID 6693600 .  
  31. شاربر، إم سي؛ ساريسفتشي، إن إس (ديسمبر 2013). "كفاءة الخلايا الشمسية العضوية ذات الوصلات غير المتجانسة" . التقدم في علوم البوليمرات . 38 (12): 1929-1940 . doi : 10.1016/j.progpolymsci.2013.05.001 . PMC 3837184. PMID 24302787 .  
  32. 1 2 يانغ ف، وآخرون (2005). "النمو المتحكم به لخلية ضوئية ذات وصلة غير متجانسة جزيئية". مجلة نيتشر ماتيريالز . 4 (1): 37-41 . Bibcode : 2005NatMa...4...37Y . doi : 10.1038/nmat1285 . S2CID 137668833 .  
  33. يو جي وآخرون (1995). "الخلايا الكهروضوئية البوليمرية: تحسين الكفاءة عبر شبكة من الوصلات غير المتجانسة الداخلية بين المانح والمستقبل". مجلة ساينس . 270 (5243): 1789-1791 . Bibcode : 1995Sci...270.1789Y . CiteSeerX 10.1.1.320.7494 . doi : 10.1126/science.270.5243.1789 . S2CID 135489167 .   
  34. يو جي وآخرون (1998). "مستشعرات صور ملونة كاملة المساحة مصنوعة من بوليمرات شبه موصلة". المواد المتقدمة . 10 (17): 1431-1434 . Bibcode : 1998AdM....10.1431Y . doi : 10.1002/(SICI)1521-4095(199812)10:17 < 1431::AID-ADMA1431 > 3.0.CO ; 2-4 . 
  35. ^ كانيكو وماساو وأوكورا وإيتشيرو (2002). التحفيز الضوئي: العلوم والتكنولوجيا . سبرينغر. رقم ISBN 978-3-540-43473-3.
  36. هي، تشيتساي؛ شياو، بياو؛ ليو، فينغ؛ وو، هونغبين؛ يانغ، يالي؛ شياو، ستيفن؛ وانغ، تشنغ؛ راسل، توماس ب.؛ كاو، يونغ (2015-03-01). "خلايا شمسية بوليمرية أحادية الوصلة ذات كفاءة عالية وجهد ضوئي عالٍ". مجلة نيتشر فوتونيكس . 9 (3): 174-179 . Bibcode : 2015NaPho...9..174H . doi : 10.1038/nphoton.2015.6 . S2CID 119702307 . 
  37. هولز وآخرون (1995). "ثنائيات ضوئية فعالة من شبكات بوليمرية متداخلة". مجلة نيتشر . 376 (6540): 498-500 . Bibcode : 1995Natur.376..498H . doi : 10.1038/376498a0 . S2CID 4336280 .  
  38. سيرافين، ب. أو. (محرر). (1979). تحويل الطاقة الشمسية: جوانب فيزياء الحالة الصلبة . مواضيع في الفيزياء التطبيقية. المجلد 31. doi : 10.1007/3-540-09224-2 . ISBN  978-3-540-35369-0.
  39. سوفيه، جينيفيف؛ فرناندو، روشان (9 سبتمبر 2015). "ما وراء الفوليرين: تصميم مستقبلات إلكترونية جزيئية بديلة للخلايا الكهروضوئية العضوية ذات الوصلات غير المتجانسة القابلة للمعالجة في المحلول". مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 6 (18): 3770-3780 . Bibcode : 2015JPCL....6.3770S . doi : 10.1021/acs.jpclett.5b01471 . PMID 26722869 . 
  40. باندي، ريتشا؛ هولمز، راسل ج. (2010). "الخلايا الكهروضوئية العضوية القائمة على وصلات غير متجانسة متدرجة باستمرار بين المانح والمستقبل". مجلة IEEE للمواضيع المختارة في الإلكترونيات الكمومية . 16 (6): 1537-1543 . Bibcode : 2010IJSTQ..16.1537P . doi : 10.1109/jstqe.2010.2049256 . S2CID 41396369 . 
  41. "الخلايا الشمسية الكهروضوئية العضوية باستخدام تقنية الوصلات غير المتجانسة المتدرجة" . جامعة مينيسوتا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2011 .
  42. هولمز، راسل؛ باندي، ريتشا (2010). "الخلايا الكهروضوئية العضوية القائمة على وصلات غير متجانسة متدرجة باستمرار بين المانح والمستقبل". مجلة IEEE للمواضيع المختارة في الإلكترونيات الكمومية . 16 (6): 7. Bibcode : 2010IJSTQ..16.1537P . doi : 10.1109/JSTQE.2010.2049256 . S2CID 41396369 . 
  43. غلوكلهوفر، فلوريان؛ لومبي، دانيال؛ كولشتات، ماركوس؛ يورتشينكو، أولينا؛ فورفيل، أولي؛ فروليش، يوهانس (2015). "نحو أجهزة إلكترونية عضوية ذات وصلة متصلة: تعديل سريع ونظيف بعد البلمرة عن طريق الأكسدة باستخدام ثنائي ميثيل ديوكسيران (DMDO)". البوليمرات التفاعلية والوظيفية . 86 : 16-26 . Bibcode : 2015RFPol..86...16G . doi : 10.1016/j.reactfunctpolym.2014.10.006 . hdl : 10044/1/87961 .
  44. كلارك، تريسي م.؛ بالانتاين، إيمي م.؛ نيلسون، جيني؛ برادلي، دونال دي سي؛ دورانت، جيمس ر. (2008). "التحكم في الطاقة الحرة لتوليد الشحنات الضوئية في الخلايا الشمسية المصنوعة من البولي ثيوفين/الفوليرين: تأثير التلدين الحراري على مزيج P3HT/PCBM". مواد وظيفية متقدمة . 18 (24): 4029. Bibcode : 2008AdvFM..18.4029C . doi : 10.1002/adfm.200800727 . S2CID 96860273 . 
  45. شو، تشنغ؛ تشن، لي مين؛ يانغ، غوانوين؛ هوانغ، تشون هاو؛ هو، جيان هوي؛ وو، يو؛ لي، غانغ؛ هسو، تشين شو؛ يانغ، يانغ (2009). "الفصل الطوري الرأسي في مزيج مشتقات الفوليرين من بولي (3-هكسيل ثيوفين) وميزته للخلايا الشمسية ذات البنية المعكوسة" (ملف PDF) . مواد وظيفية متقدمة . 19 (8): 1227. Bibcode : 2009AdvFM..19.1227X . doi : 10.1002/adfm.200801286 . S2CID 9366182. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 30 يناير 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 فبراير 2017 . 
  46. فان بافيل، سفيتلانا؛ سورتي، إروان؛ دي ويث، جيسبرتوس؛ فروليك، كاي؛ لوس، يواكيم (2009). "العلاقة بين سُمك الطبقة النشطة ضوئيًا، والشكل ثلاثي الأبعاد، وأداء الجهاز في الخلايا الشمسية ذات الوصلة غير المتجانسة P3HT/PCBM". الجزيئات الكبيرة . 42 (19): 7396. Bibcode : 2009MaMol..42.7396V . doi : 10.1021/ma900817t .
  47. تروشين، بافيل أ.؛ هوب، هارالد؛ رينز، يواكيم؛ إيجينجر، مارتن؛ مايوروفا، جوليا يو.؛ غورياتشيف، أندريه إي.؛ بيريجودوف، ألكسندر س.؛ ليوبوفسكايا، ريما ن.؛ جوبش، جيرهارد؛ ساريسيفتشي، ن. سردار؛ رازوموف، فلاديمير ف. (2009). "العلاقة بين ذوبانية المواد وأداء الخلايا الكهروضوئية في تصميم مشتقات الفوليرين الجديدة للخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة" (ملف PDF) . مواد وظيفية متقدمة . 19 (5): 779. Bibcode : 2009AdvFM..19..779T . doi : 10.1002/adfm.200801189 . S2CID 97354654 . 
  48. 1 2 موليه، أ. ج. وك. ميرهولز (2008). "التحكم في مورفولوجيا مخاليط البوليمر والفوليرين" (ملف PDF) . المواد المتقدمة . 20 (2): 240. Bibcode : 2008AdM....20..240M . doi : 10.1002/adma.200701519 . S2CID 137313225. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2014-09-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-02-26 . 
  49. دانغ، مينه ترونغ؛ وانتز، غيوم؛ بجبوجي، حبيبة؛ أورين، ماثيو؛ دوتيل، أوليفييه جيه؛ فيغنو، لورانس؛ هيرش، ليونيل (2011). "الخلايا الشمسية البوليمرية القائمة على P3HT:PCBM: دور مذيب الصب". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 95 (12): 3408. Bibcode : 2011SEMSC..95.3408D . doi : 10.1016/j.solmat.2011.07.039 .
  50. ناجارجونا، جافالابالي؛ فينكاتارامان، دانداباني (2012). "استراتيجيات للتحكم في مورفولوجيا الطبقة النشطة في الخلايا الكهروضوئية العضوية" . مجلة علوم البوليمرات، الجزء ب: فيزياء البوليمرات . 50 (15): 1045-1056 . Bibcode : 2012JPoSB..50.1045N . doi : 10.1002/polb.23073 .
  51. ماتياس أ. رودرير وبيتر مولر-بوشباوم (2011). "مورفولوجيا أغشية الوصلات غير المتجانسة القائمة على البوليمر لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية العضوية". المادة اللينة . 7 (12): 5482. Bibcode : 2011SMat....7.5482R . doi : 10.1039/C0SM01502D .
  52. تريت، نيل د.؛ برادي، مايكل أ.؛ سميث، جوردون؛ توني، مايكل ف.؛ كرامر، إدوارد ج.؛ هوكر، كريج ج.؛ تشابينيك، مايكل ل. (2011). "الانتشار المتبادل لـ PCBM وP3HT يكشف عن قابلية الامتزاج في مزيج نشط كهروضوئيًا". مواد الطاقة المتقدمة . 1 (1): 82. Bibcode : 2011AdEnM...1...82T . doi : 10.1002/aenm.201000023 . S2CID 153383 . تريت ، نيل د.؛ برادي، مايكل أ.؛ سميث، جوردون؛ توني، مايكل ف.؛ كرامر، إدوارد ج.؛ هوكر، كريج ج.؛ تشابينيك، مايكل ل. (2011). "تصحيح: الانتشار المتبادل لـ PCBM وP3HT يكشف عن قابلية الامتزاج في مزيج نشط كهروضوئيًا (مواد الطاقة المتقدمة 2/2011)" . مواد الطاقة المتقدمة . 1 (2): 145. doi : 10.1002/aenm.201190008 .
  53. كوزوب، ديريك ر.؛ فاخشوري، كيارش؛ أورم، ليزا م.؛ وانغ، تشينغ؛ هيكسيمر، ألكسندر؛ غوميز، إنريكي د. (2011). "تتحكم بلورة البوليمر لمخاليط البولي ثيوفين/الفوليرين القابلة للامتزاج جزئيًا في الشكل المورفولوجي". الجزيئات الكبيرة . 44 (14): 5722. Bibcode : 2011MaMol..44.5722K . doi : 10.1021/ma200855r .
  54. جو، جانغ؛ كيم، سيوك-سون؛ نا، سيوك-إن؛ يو، بيونغ-كوان؛ كيم، دونغ-يو (2009). "تطور الشكل المعتمد على الزمن بواسطة عمليات التلدين على الخلايا الشمسية المصنوعة من مزيج البوليمر والفوليرين". مواد وظيفية متقدمة . 19 (6): 866. Bibcode : 2009AdvFM..19..866J . doi : 10.1002/adfm.200800968 . S2CID 94880690 . 
  55. كولينز، برايان أ.؛ غان، إليوت؛ غينيارد، لويس؛ هي، شياوكسي؛ ماكنيل، كريستوفر ر.؛ آدي، هارالد (2010). "الامتزاج الجزيئي لمزيج البوليمر والفوليرين" (ملف PDF) . مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 1 (21): 3160. Bibcode : 2010JPCL....1.3160C . doi : 10.1021/jz101276h . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 1 فبراير 2022.معلومات داعمة
  56. تريموليه دي فيليرز، بيرتراند؛ تاسون، كريستوفر جيه؛ تولبرت، سارة إتش؛ شوارتز، بنجامين جيه (2009). "تحسين قابلية تكرار الخلايا الشمسية P3HT:PCBM من خلال التحكم في واجهة PCBM/الكاثود". مجلة الكيمياء الفيزيائية ج . 113 (44): 18978. CiteSeerX 10.1.1.476.2064 . doi : 10.1021/jp9082163 . 
  57. ين، و.؛ دادمون، م. (2011). "نموذج جديد لبنية الخلايا الكهروضوئية العضوية P3HT/PCBM من تشتت النيوترونات بزاوية صغيرة: الأنهار والجداول". ACS Nano . 5 (6): 4756–4768 . Bibcode : 2011ACSNa...5.4756Y . doi : 10.1021/nn200744q . PMID 21563761 . 
  58. 1 2 فورست ، إس آر (2004). "الطريق إلى أجهزة إلكترونية عضوية واسعة الانتشار ومنخفضة التكلفة مصنوعة من البلاستيك". مجلة نيتشر . 428 (6986): 911-918 . Bibcode : 2004Natur.428..911F . doi : 10.1038/nature02498 . PMID 15118718. S2CID 1099780 .  
  59. نيلسون، سفانتي؛ بيرناسيك، أندريه؛ بودكوفسكي، أندريه؛ مونز، إيلين (2007). "مورفولوجيا وفصل الطور للأغشية المصبوبة بالدوران من مزيج البوليفلورين/PCBM". الجزيئات الكبيرة . 40 (23): 8291. Bibcode : 2007MaMol..40.8291N . doi : 10.1021/ma070712a .
  60. ليكوفر، راشيل؛ ويليامز، نيكولاس؛ ماركوفيتش، نينا؛ رايش، دانيال هـ.؛ نايمان، دانيال كيو.؛ كاتز، هوارد إي. (2012). "مواد خلايا شمسية بوليمرية من الجيل التالي: التحكم المصمم في متغيرات السطح البيني". ACS Nano . 6 (4): 2865–70 . Bibcode : 2012ACSNa...6.2865L . doi : 10.1021/nn301140w . PMID 22444948 . 
  61. بيفريكاس، ألمانتاس؛ نويغباور، هيلموت؛ ساريسفتشي، نيازي سردار (2011). "تأثير إضافات المعالجة على البنية النانوية وكفاءة الخلايا الشمسية ذات الوصلة غير المتجانسة: مراجعة مقارنة". الطاقة الشمسية . 85 (6): 1226. Bibcode : 2011SoEn...85.1226P . doi : 10.1016/j.solener.2010.10.012 .
  62. ياو، يان؛ هو، جيان هوي؛ شو، تشنغ؛ لي، غانغ؛ يانغ، يانغ (2008). "تأثيرات مخاليط المذيبات على فصل الطور على المستوى النانوي في الخلايا الشمسية البوليمرية" (ملف PDF) . مواد وظيفية متقدمة . 18 (12): 1783. Bibcode : 2008AdvFM..18.1783Y . doi : 10.1002/adfm.200701459 . S2CID 982890. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2020-08-06 . تم الاسترجاع بتاريخ 2017-02-26 . 
  63. لي، جاي كوان؛ ما، وان لي؛ برابيك، كريستوف جيه؛ يوين، جوناثان؛ مون، جي سون؛ كيم، جين يونغ؛ لي، كوانغ هي؛ بازان، غييرمو سي؛ هيغر، آلان جيه. (2008). "مضافات المعالجة لتحسين كفاءة الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 130 (11): 3619-23 . Bibcode : 2008JAChS.130.3619L . doi : 10.1021/ja710079w . PMID 18288842 . 
  64. روجرز، جيمس ت.؛ شميدت، كريستين؛ توني، مايكل ف.؛ بازان، غييرمو س.؛ كرامر، إدوارد ج. (2012). "التطور البنيوي المعتمد على الزمن للخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة المصنعة بتقنية الإضافة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 134 (6): 2884-2887 . Bibcode : 2012JAChS.134.2884R . doi : 10.1021/ja2104747 . PMID: 22276735 . 
  65. كار هوي يي هو؛ تشي دونغ؛ هانغ ين؛ وينكي وينغ كي ليونغ؛ تشينغدان يانغ؛ هاريسون كا هين لي؛ ساي وينغ تسانغ؛ شو كونغ سو (2015). "تأثير المذيبات المضافة على نقل الشحنات في الخلايا الكهروضوئية ذات الوصلة غير المتجانسة من البوليمر والفوليرين" . واجهات المواد المتقدمة . 2 (12) 1500166: غير متوفر. doi : 10.1002/admi.201500166 . S2CID 53487971. مؤرشف من الأصل في 2020-08-06 . تم الاسترجاع في 2019-07-26 . 
  66. ليانغ، يونغيه؛ شو، تشنغ؛ شيا، جيانغبين؛ تساي، سزو-تينغ؛ وو، يو؛ لي، غانغ؛ راي، كلير؛ يو، لوبينغ (2010). "من أجل مستقبل مشرق - خلايا شمسية بوليمرية ذات وصلة غير متجانسة ضخمة بكفاءة تحويل طاقة تبلغ 7.4%". مواد متقدمة . 22 (20): E135–8. Bibcode : 2010AdM....22E.135L . doi : 10.1002/adma.200903528 . PMID 20641094. S2CID 36190616 .  
  67. لي، ويوي؛ تشو، يي؛ فيكتور أندرسون، ب.؛ ماتياس أندرسون، ل.؛ ثومان، يي؛ فيت، كليمنس؛ تفينجستيدت، كريستوفر؛ تشين، رويبينغ؛ بو، تشيشان؛ إنجاناس، أولي؛ فورفيل، أولي؛ تشانغ، فينغلينغ (2011). "تأثير المادة المضافة على أداء واستقرار أجهزة HSX-1/PCBM الكهروضوئية أثناء التخزين" . الإلكترونيات العضوية . 12 (9): 1544. doi : 10.1016/j.orgel.2011.05.028 .
  68. فان فرانيكار، جاكوبوس؛ توربيز، ماثيو؛ لي، ويوي؛ وينك، مارتين؛ جانسن، رينيه (6 فبراير 2015). "دراسة آنية لفوائد المذيبات المساعدة في معالجة الخلايا الشمسية البوليمرية" (ملف PDF) . مجلة نيتشر كوميونيكيشنز . 6 6229. رمز Bibcode : 2015NatCo...6.6229V . doi : 10.1038/ncomms7229 . PMID 25656313 . 
  69. بوجوج، ب.م. وفريشيه، ج.م.ج. (2011). "التصميم الجزيئي وتأثيرات الترتيب في المواد الوظيفية π لتطبيقات الترانزستور والخلايا الشمسية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 133 (50): 20009-20029 . Bibcode : 2011JAChS.13320009B . doi : 10.1021/ja2073643 . PMID: 21999757 . 
  70. تروشين، بافيل أ.؛ كوب، روبرت؛ بيريجودوف، ألكسندر س.؛ بيريجودوفا، سفيتلانا م.؛ إيجينجر، مارتن؛ ليوبوفسكايا، ريما ن.؛ ساريسيفتشي، ن. سردار (2007). "التجمع فوق الجزيئي لبيروليدينوفوليرين الحامل لمجموعات بيريديل مخلبية وفثالوسيانين الزنك للخلايا الشمسية العضوية". كيمياء المواد . 19 (22): 5363. doi : 10.1021/cm071243u .
  71. تيفيس، إيان د.؛ تساي، وي-وين؛ بالمر، ليام س.؛ أيتون، تانر؛ ستوب، صموئيل إ. (2012). "أسلاك نانوية محززة من جزيئات دبوس الشعر ذاتية التجميع للخلايا الشمسية". ACS Nano . 6 (3): 2032–40 . Bibcode : 2012ACSNa...6.2032T . doi : 10.1021/nn203328n . PMID 22397738 . 
  72. دوسيل، إل إف؛ كام، فالنتين؛ هوارد، إيان أ.؛ لاكواي، فريدريك؛ بيسولا، فويتش؛ فينغ، شينليانغ؛ لي، تشين؛ تاكاسي، ماسايوشي؛ وآخرون (2012). "تخليق وتجميع ذاتي مُتحكم به لثنائيات هيكسا-بيري-هيكسابنزوكورونين/بيريلين ثنائي الإيميد المرتبطة تساهميًا كنماذج لدراسة عمليات نقل الطاقة والإلكترون الأساسية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 134 (13): 5876-86 . Bibcode : 2012JAChS.134.5876D . doi : 10.1021/ja211504a . PMID 22394147 .  
  73. ميانيشي، شوجي؛ تشانغ، يو؛ تاجيما، كيسوكي؛ هاشيموتو، كازوهيتو (2010). "بوليمرات ثنائية الكتلة شبه موصلة بالكامل مرتبطة بالفوليرين لخلايا شمسية بوليمرية مستقرة أحادية المكون". مجلة الاتصالات الكيميائية . 46 (36): 6723-6725 . doi : 10.1039/C0CC01819H . PMID 20717605 . 
  74. ساري، نيكولاس؛ ريتشارد، فاني؛ بروشون، سيريل؛ لوكلير، نيكولاس؛ ليفيك، باتريك؛ أودينو، جان نيكولاس؛ بيرسون، سولين؛ هايزر، توماس؛ وآخرون . (2010). "مسار فوق جزيئي جديد لاستخدام البوليمرات المتجانسة ذات البنية العصوية-الملفوفة في تطبيقات الخلايا الكهروضوئية" (ملف PDF) . المواد المتقدمة . 22 (6): 763-768 . Bibcode : 2010APS..MAR.C1002M . doi : 10.1002/adma.200902645 . PMID: 20217786. S2CID : 205234659 .   
  75. لين، يينغ؛ ليم، جونغ آه؛ وي، تشينغشو؛ مانسفيلد، ستيفان سي بي؛ بريسينو، أليخاندرو إل؛ واتكينز، جيمس جيه (2012). "التجميع التعاوني لمزيجات البولي ثيوفين/الفوليرين ثنائية الكتلة المرتبطة بروابط هيدروجينية للأجهزة الكهروضوئية ذات الأشكال المحددة جيدًا والاستقرار المعزز". كيمياء المواد . 24 (3): 622. doi : 10.1021/cm203706h .
  76. توبهام، بول د.؛ بارنيل، أندرو ج.؛ هيورنز، روجر س. (2011). "استراتيجيات البوليمرات المتجانسة لتكنولوجيا الخلايا الشمسية". مجلة علوم البوليمرات، الجزء ب: فيزياء البوليمرات . 49 (16): 1131. Bibcode : 2011JPoSB..49.1131T . doi : 10.1002/polb.22302 .
  77. بارو، صوفي؛ هايزر، توماس؛ ريتشارد، فاني؛ بروشون، سيريل؛ نغوف، تشينغ؛ فان دي ويتيرينغ، كارين؛ هادزيوانو، جورج؛ أنوخين، دينيس ف.؛ إيفانوف، ديمتري أ. (2008). "التجميع الذاتي لبوليمرات كتلية جديدة من نوع قضيب-ملف مُطعّمة بالفوليرين، مانحة-مستقبلة". الجزيئات الكبيرة . 41 (7): 2701. Bibcode : 2008MaMol..41.2701B . doi : 10.1021/ma7022099 .
  78. 1 2 3 4 شيا، شينيوان؛ وانغ، شانشان؛ جيا، يي؛ بيان، زوتشيانغ؛ وو، دههاي؛ تشانغ، لوهوي. تساو، أنيوان؛ هوانغ ، تشونهوي (2010). “الخلايا الشمسية البوليمرية الشفافة بالأشعة تحت الحمراء”. مجلة كيمياء المواد . 20 (39): 8478. دوى : 10.1039/c0jm02406f . ISSN 0959-9428 . 
  79. وانغ، شيانغجون؛ بيرزون، إريك؛ ديلغادو، خوان لويس؛ دي لا كروز، بيلار؛ تشانغ، فينغلينغ؛ لانغا، فرناندو؛ أندرسون، ماتس؛ إنغانيس، أولي (22-11-2004). "الاستجابة الطيفية للتيار الضوئي بالأشعة تحت الحمراء من خلية شمسية بلاستيكية ذات فجوة نطاق منخفضة من البوليفلورين ومشتق الفوليرين" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 85 (21): 5081-5083 . Bibcode : 2004ApPhL..85.5081W . doi : 10.1063/1.1825070 . ISSN 0003-6951 . 
  80. ^ بيتانكور، رافائيل. روميرو جوميز، بابلو؛ مارتينيز-أوتيرو، ألبرتو؛ إلياس، كزافييه. مايمو، مارك؛ مارتوريل ، جوردي (ديسمبر 2013). “الخلايا الشمسية البوليمرية الشفافة التي تستخدم بنية محاصرة للضوء ذات طبقات”. الضوئيات الطبيعة . 7 (12): 995–1000 . بيب كود : 2013NaPho...7..995B . دوى : 10.1038/nphoton.2013.276 . اتش دي ال : 2117/20513 . ردمك 1749-4885 . S2CID 16747502 .  
  81. 1 2 روميرو جوميز، بابلو؛ باستوريلي، فرانشيسكو؛ مانتيلا بيريز، باولا؛ ماريانو، مارينا؛ مارتينيز أوتيرو، ألبرتو؛ إلياس، كزافييه. بيتانكور، رافائيل. مارتوريل ، جوردي (2015/02/16). "خلايا شمسية بوليمرية شبه شفافة" . مجلة الضوئيات للطاقة . 5 (1) 057212. دوى : 10.1117/1.JPE.5.057212 . اتش دي ال : 2117/107388 . ردمك 1947-7988 . 
  82. 1 2 تشين، تشون تشاو؛ دو، ليتيان؛ تشو، روي؛ تشونغ، تشونغ هيوي؛ سونغ، تزي بين؛ تشنغ، يو بينغ؛ هوكس، ستيف؛ لي، غانغ؛ فايس، بول س.؛ يانغ، يانغ (28-08-2012). "خلايا شمسية بوليمرية شفافة مرئية مُنتَجة بتقنية المعالجة بالمحاليل". ACS Nano . 6 (8): 7185–7190 . Bibcode : 2012ACSNa...6.7185C . doi : 10.1021/nn3029327 . ISSN 1936-0851 . PMID 22789123 .  
  83. 1 2 تشين، كونغ-شيه؛ ساليناس، خوسيه-فرانسيسكو؛ يب، هين-لاب؛ هو، ليجون؛ هو، جيانهوي؛ جين، أليكس كيه-واي. (2012). "خلايا شمسية بوليمرية شبه شفافة بكفاءة تحويل طاقة 6%، ونفاذية ضوئية متوسطة 25%، ومؤشر تجسيد لوني قريب من 100 لتطبيقات النوافذ المولدة للطاقة". الطاقة والعلوم البيئية . 5 (11): 9551. Bibcode : 2012EnEnS...5.9551C . doi : 10.1039/c2ee22623e . ISSN 1754-5692 . 
  84. ماركوس، جينيفر (20 يوليو 2012). "علماء يبتكرون خلايا شمسية شفافة للغاية للنوافذ لتوليد الكهرباء" . Phys.org . تاريخ الاسترجاع: 23 يوليو 2012 .
  85. ^ تشو، أرجون؛ ناكانو، ماساهيرو؛ إيزاوا، سييتشيرو؛ كونغ، جونزي؛ أوساكا، إيتارو؛ تاكيميا، كازو؛ تاجيما ، كيسوكي (18 أغسطس 2014). “خلية شمسية بوليمرية بالكامل ذات استجابة عالية للأشعة تحت الحمراء القريبة تعتمد على كوبوليمر نفثوديثيوفين ثنائيميد (NDTI). ACS ماكرو ليت . 3 (9): 872-875 . دوى : 10.1021/mz5004272 . بميد 35596351 . 
  86. وانغ، وي؛ يان، سينكي؛ لاو، تسز-كي؛ وانغ، جيايو؛ ليو، كوان؛ فان، يان؛ لو، شينهوي؛ زان، شياووي (2017). "مستقبل غير فوليريني سداسي الحلقات مدمج ذو امتصاص قوي للأشعة تحت الحمراء القريبة للخلايا الشمسية العضوية شبه الشفافة بكفاءة 9.77%". المواد المتقدمة . 29 (31) 1701308. Bibcode : 2017AdM....2901308W . doi : 10.1002/adma.201701308 . PMID 28608531. S2CID 205280045 .  
  87. 1 2 3 ديبيل، كارستن؛ دياكونوف، فلاديمير (2010-09-01). "خلايا شمسية ذات وصلة غير متجانسة من البوليمر والفوليرين". تقارير عن التقدم في الفيزياء . 73 (9) 096401. arXiv : 1003.0359 . Bibcode : 2010RPPh...73i6401D . doi : 10.1088/0034-4885/73/9/096401 . ISSN 0034-4885 . S2CID 118855668 .  
  88. 1 2 3 4 5 6 هوب، هارالد؛ ساريسفتشي، نيازي سردار (يوليو 2004). "الخلايا الشمسية العضوية: نظرة عامة". مجلة أبحاث المواد . 19 (7): 1924-1945 . Bibcode : 2004JMatR..19.1924H . doi : 10.1557/JMR.2004.0252 . ISSN 0884-2914 . S2CID 22455511 .  
  89. ^ شيويه، رونجمينج؛ تشانغ، جينغ ون. لي ياوين. لي ، يونغفانغ (2018). “مواد الخلايا الشمسية العضوية نحو التسويق التجاري”. صغير . 14 (41) هـ1801793. بيب كود : 2018 صغير..1401793 X . دوى : 10.1002/smll.201801793 . بميد 30106505 . S2CID 51975017 .  
  90. 1 2 غو، شوغانغ؛ تشو، نانجيا؛ لو، سيلفيا؛ سميث، جيريمي؛ تايس، دانيال؛ هينك، جوناثان؛ أورتيز، روسيو؛ لوبيز نافاريتي، خوان؛ لي، شويو؛ سترزالكا، جوزيف؛ تشين، لين؛ تشانغ، روبرت؛ فاكيتي، أنطونيو؛ ماركس، توبين (11 أغسطس 2013). "خلايا شمسية بوليمرية ذات عوامل تعبئة محسّنة". Nature Photonics . 7 (10): 825. Bibcode : 2013NaPho...7..825G . doi : 10.1038/nphoton.2013.207 . S2CID 15817634 . 
  91. للاطلاع على رسم بياني مشابه، انظر: هوب، هارالد؛ ساريسفتشي، ن. سردار (2008). "الخلايا الشمسية البوليمرية". البوليمرات المستجيبة للضوء II . ص 1-86 (4). doi : 10.1007/12_2007_121 . ISBN  978-3-540-69452-6.
  92. كيفن بوليس. الإنتاج الضخم للخلايا الشمسية البلاستيكية ، مجلة مراجعة التكنولوجيا ، 17 أكتوبر 2008.
  93. كريبس، فريدريك؛ ترومولت، توماس؛ يورغنسن، ميكيل (4 مايو 2010). "توسيع نطاق تصنيع الخلايا الشمسية البوليمرية باستخدام معالجة اللفائف الكاملة". نانوسكيل . 2 (6): 873-886 . Bibcode : 2010Nanos...2..873K . doi : 10.1039/B9NR00430K . PMID 20648282 . 
  94. 1 2 ماكنزي، رودريك سي آي؛ شاتل، كريستوفر جي؛ شابينيك، مايكل إل؛ نيلسون، جيني (2012). "استخلاص معلمات الأجهزة المجهرية من قياسات التيار الضوئي العابر للخلايا الشمسية P3HT:PCBM". مواد الطاقة المتقدمة . 2 (6): 662. Bibcode : 2012AdEnM...2..662M . doi : 10.1002/aenm.201100709 . S2CID 98547540 . 
  95. تشيو، إس دبليو؛ لين، إل واي؛ لين، إتش دبليو؛ تشين، واي إتش؛ هوانغ، زد واي؛ لين، واي تي؛ لين، إف؛ ليو، واي إتش؛ وونغ، كيه تي (2012). "جزيء مانح-مستقبل-مستقبل للخلايا الشمسية العضوية المُعالجة بالتفريغ بكفاءة تحويل طاقة تبلغ 6.4%". مجلة الاتصالات الكيميائية . 48 (13): 1857-1859 . doi : 10.1039/C2CC16390J . PMID 22167175 . 
  96. لي، بين؛ وانغ، ليدو؛ كانغ، بونان؛ وانغ، بنغ؛ تشيو، يونغ (2006). "مراجعة للتقدم الحديث في الخلايا الشمسية الصلبة الحساسة للأصباغ". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 90 (5): 549-573 . Bibcode : 2006SEMSC..90..549L . doi : 10.1016/j.solmat.2005.04.039 .
  97. ميهايلتشي، ف.د.؛ شي، هـ.إكس.؛ دي بوير، ب.؛ كوستر، ل.ج.أ.؛ بلوم، ب.و.م. (2006-03-20). "نقل الشحنة وتوليد التيار الضوئي في الخلايا الشمسية ذات الوصلة غير المتجانسة من بولي(3-هكسيل ثيوفين): ميثانوفوليرين" (ملف PDF) . مواد وظيفية متقدمة . 16 (5): 699-708 . Bibcode : 2006AdvFM..16..699M . doi : 10.1002/adfm.200500420 . hdl : 11370/aa761002-7f50-41e4-b6cb-8c908610accd . S2CID 55436282 . 
  98. بارتلت، جوناثان أ.؛ لام، ديفيد؛ بيرك، تيموثي م.؛ سويتنوم، شون م.؛ ماكجيهي، مايكل د. (2015-08-01). "متطلبات حركة حاملات الشحنة للخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة ذات عامل التعبئة العالي والكفاءة الكمية الخارجية >90%". مواد الطاقة المتقدمة . 5 (15) 1500577. Bibcode : 2015AdEnM...500577B . doi : 10.1002/aenm.201500577 . S2CID 14735539 . 
  99. بيومانس وآخرون (2003). "خلايا ضوئية فعالة ذات وصلات غير متجانسة باستخدام أغشية عضوية رقيقة ذات وزن جزيئي منخفض". مجلة نيتشر . 425 (6954): 158-162 . Bibcode : 2003Natur.425..158P . doi : 10.1038/nature01949 . PMID 12968174. S2CID 4361523 .   
  100. المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL). (2022). "معالجة اللفائف لإنتاج الخلايا الكهروضوئية العضوية ذات المساحة الكبيرة". *تقارير الطاقة المتجددة*. تم الاسترجاع من( https://www.nrel.gov/pv/organic-photovoltaic-solar-cells.html )
  101. بارك، يون سوك؛ فاندوال، كوين؛ ليو، كارل (2018-07-05). "الاقتران البصري في الخلايا الشمسية العضوية". سمول ميثودز . 2 (10) 1800123. doi : 10.1002/smtd.201800123 . ISSN 2366-9608 . S2CID 139574649 .  
  102. كيم، يونغ هيون؛ ساكس، كريستوف؛ ماتشالا، مايكل ل.؛ ماي، كريستيان؛ مولر-ميسكامب، لارس؛ ليو، كارل (22-03-2011). "قطب كهربائي عالي التوصيل من PEDOT:PSS مع معالجة حرارية ومذيبات مُحسَّنة للخلايا الشمسية العضوية الخالية من ITO". مواد وظيفية متقدمة . 21 (6): 1076-1081 . Bibcode : 2011AdvFM..21.1076K . doi : 10.1002/adfm.201002290 . ISSN 1616-3028 . S2CID 136583700 .  
  103. بارك، يون سوك؛ بورمان، لودفيج؛ مولر-ميسكامب، لارس؛ فاندوال، كوين؛ ليو، كارل (2016-09-01). "خلايا ضوئية عضوية مرنة عالية الكفاءة باستخدام أسلاك نانوية فضية وأقطاب كهربائية شفافة قائمة على البوليمر" . الإلكترونيات العضوية . 36 : 68-72 . doi : 10.1016/j.orgel.2016.05.032 .
  104. كالتنبرونر، مارتن؛ وايت، ماثيو س.؛ غلوفاكي، إريك د.؛ سيكيتاني، تسويوشي؛ سوميا، تاكاو؛ ساريسيفتشي، نيازي سردار؛ باور، سيغفريد (2012-04-03). " خلايا شمسية عضوية فائقة الرقة وخفيفة الوزن ذات مرونة عالية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 3 770. Bibcode : 2012NatCo...3..770K . doi : 10.1038/ncomms1772 . ISSN 2041-1723 . PMC 3337988. PMID 22473014 .   
  105. بارك، يون سوك؛ مولر-ميسكامب، لارس؛ فاندوال، كوين؛ ليو، كارل (2016-06-20). "PEDOT:PSS مع جسيمات نانوية من TiO2 مدمجة كقطب كهربائي لحصر الضوء في الخلايا الكهروضوئية العضوية" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 108 (25): 253302. Bibcode : 2016ApPhL.108y3302P . doi : 10.1063/1.4954902 . ISSN 0003-6951 . 
  106. ^ بارك ، يونسوك. بيرغر، جانا؛ ويل، بول أنطون؛ سولديرا، ماركوس. جلاتز، بيرنهارد. مولر ميسكامب، لارس؛ تاريتو، كورت. فيري، أندرياس. لازاني ، أندريس فابيان (2016/01/01). كفافي, زكية ح ; لين ، بول أ. صموئيل، إيفور د.و (محرران). “محاصرة الضوء للخلايا الكهروضوئية العضوية المرنة”. الخلايا الكهروضوئية العضوية السابع عشر . 9942 : 994211–994211–9. بيب كود : 2016SPIE.9942E..11P . دوى : 10.1117/12.2229582 . S2CID 138521932 . 
  107. بارك، يون سوك؛ بيرغر، جانا؛ تانغ، تشنغ؛ مولر-ميسكامب، لارس؛ لاساني، أندريس فابيان؛ فاندوال، كوين؛ ليو، كارل (29 أغسطس/آب 2016). "ركائز مرنة لحصر الضوء للخلايا الكهروضوئية العضوية" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 109 (9): 093301. Bibcode : 2016ApPhL.109i3301P . doi : 10.1063/1.4962206 . ISSN 0003-6951 . 
  108. مولر-ميسكامب، لارس؛ كيم، يونغ هيون؛ روش، تيا؛ هوفمان، سيمون؛ شولز، راينهارد؛ إيكاردت، سيباستيان؛ ليو، كارل؛ لاساني، أندريس فابيان (14 فبراير 2012). "تحسين كفاءة الخلايا الشمسية العضوية من خلال تصنيع هياكل سطحية دورية باستخدام تقنية التداخل الليزري المباشر". المواد المتقدمة . 24 (7): 906-910 . Bibcode : 2012AdM....24..906M . doi : 10.1002/adma.201104331 . ISSN 1521-4095 . PMID 22403830. S2CID 19890510 .   
  109. بارك، يون سوك؛ نيم، فريدريك؛ مولر-ميسكامب، لارس؛ فاندوال، كوين؛ ليو، كارل (16-05-2016). "فيلم العرض البصري كركيزة مرنة وحاصرة للضوء للخلايا الكهروضوئية العضوية" . أوبتكس إكسبرس . 24 (10): A974-80. Bibcode : 2016OExpr..24A.974P . doi : 10.1364/OE.24.00A974 . ISSN 1094-4087 . PMID 27409970 .  
  110. بيلي، زاك م.؛ ماكجيهي، مايكل د. (2012). "نمذجة الخلايا الكهروضوئية الهجينة الترادفية منخفضة التكلفة ذات الكفاءة المحتملة التي تتجاوز 20%". الطاقة والعلوم البيئية . 5 (11): 9173. Bibcode : 2012EnEnS...5.9173B . doi : 10.1039/C2EE23073A .
  111. مارغوليس، جورج ي.؛ كريستوفورو، م. غريسون؛ لام، ديفيد؛ بيلي، زاك م.؛ بورينغ، أندريا ر.؛ بيلي، كولين د.؛ ساليو، ألبرتو؛ ماكغي، مايكل د. (2013-12-01). "ترسيب رذاذي لأقطاب أسلاك نانوية فضية لخلايا شمسية صلبة شبه شفافة حساسة للصبغة". مواد الطاقة المتقدمة . 3 (12): 1657-1663 . Bibcode : 2013AdEnM...3.1657M . doi : 10.1002/aenm.201300660 . S2CID 8781905 . 
  112. فيجاي، فينوجوبالان؛ راو، أرون د.؛ نارايان، ك.س. (15 أبريل 2011). " دراسات في الموقع لخصائص النقل المعتمدة على الإجهاد للبوليمرات الموصلة على ركائز مطاطية". مجلة الفيزياء التطبيقية . 109 (8): 084525–084525–6. رمز Bibcode : 2011JAP...109h4525V . doi : 10.1063/1.3580514 . ISSN 0021-8979 . 
  113. برونر، كريستوفر؛ ميلر، نيكول سي؛ ماكجيهي، مايكل دي؛ داوسكاردت، راينهولد إتش. (17 يناير 2013). "التداخل الجزيئي والتماسك في الأجهزة الكهروضوئية العضوية ذات الوصلات غير المتجانسة". مواد وظيفية متقدمة . 23 (22): 2863-2871 . Bibcode : 2013AdvFM..23.2863B . doi : 10.1002/adfm.201202969 . ISSN 1616-301X . S2CID 93941136 .  
  114. برونر، كريستوفر؛ داوسكاردت، راينهولد (24 يناير 2014). "دور الوزن الجزيئي في الخصائص الميكانيكية للخلايا الشمسية المصنوعة من البوليمرات العضوية". الجزيئات الكبيرة . 47 (3): 1117-1121 . Bibcode : 2014MaMol..47.1117B . doi : 10.1021/ma402215j . ISSN 0024-9297 . 
  115. براند، فيتالي؛ برونر، كريستوفر؛ داوسكاردت، راينهولد هـ. (أبريل 2012). "التماسك وموثوقية الأجهزة في الخلايا الكهروضوئية العضوية ذات الوصلات غير المتجانسة". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 99 : 182-189 . Bibcode : 2012SEMSC..99..182B . doi : 10.1016/j.solmat.2011.11.035 . ISSN 0927-0248 . 
  116. ستافورد، كريستوفر م.؛ هاريسون، كريستوفر؛ بيرز، كاثرين ل.؛ كريم، علمجير؛ أميس، إريك ج.؛ فانلاندينغهام، مارك ر.؛ كيم، هو-تشول؛ فولكسن، ويلي؛ ميلر، روبرت د.؛ سيموني، إيفا إي. (11 يوليو 2004). "قياسات تعتمد على الانبعاج لقياس معاملات المرونة للأغشية الرقيقة البوليمرية". مجلة نيتشر ماتيريالز . 3 (8): 545-550 . Bibcode : 2004NatMa...3..545S . doi : 10.1038/nmat1175 . ISSN 1476-1122 . PMID 15247909. S2CID 6413911 .   
  117. تشوي، جون هيونغ؛ كيم، وان سون؛ كيم، سيونها؛ كيم، تايك سو؛ كيم، بوم جون ج. (2019). "تأثير نوع المستقبل والوزن الجزيئي للبوليمر على الخواص الميكانيكية للخلايا الشمسية البوليمرية". كيمياء المواد . 31 (21): 9057-9069 . Bibcode : 2019ChMat..31.9057C . doi : 10.1021/acs.chemmater.9b03333 . S2CID 208694659 . 
  118. يان، هي؛ فاكيتي، أنطونيو؛ غو، شوغانغ؛ تان، هوي شوان؛ تشانغ، جيانكوان (سبتمبر 2018). "رؤى وتحديات المواد للخلايا الشمسية العضوية غير الفوليرينية القائمة على مستقبلات جزيئية صغيرة". مجلة نيتشر للطاقة . 3 ( 9 ) : 720-731 . Bibcode : 2018NatEn...3..720Z . doi : 10.1038/s41560-018-0181-5 . ISSN 2058-7546 . S2CID 189046590 .  
  119. ^ ليو، تشيشي؛ جيانغ، يوفان؛ جين، كه؛ تشين، جيان تشيانغ؛ شو، جينجوي؛ لي، وينتينج؛ شيونغ، جي؛ ليو، جين فنغ؛ شياو، زو؛ صن، كوان؛ يانغ، شانجفنغ؛ تشانغ، شياو تاو؛ دينغ ، ليمينغ (2020). "18% كفاءة الخلايا الشمسية العضوية". نشرة العلوم . 65 (4): 272– 275. بيب كود : 2020SciBu..65..272L . دوى : 10.1016/j.scib.2020.01.001 . بميد 36659090 . 
  120. ^ تشين، هاييانغ؛ تشانغ، روي. تشن، شياوبين؛ تسنغ، قوانغ. كوبرا، ليبور؛ أبرينت، سابينا؛ تشانغ بن. تشن، ويجي. شو، قوييينغ؛ اوه جيون. كانغ، سو-هوي؛ تشن، شانشان؛ يانغ، تشانغدوك؛ بروس، جيري. هو، جيانهوي؛ جاو فنغ. لي ياوين. لي ، يونغفانغ (نوفمبر 2021). “نهج التنظيم الجزيئي بمساعدة الضيف لخلايا شمسية عضوية ذات كفاءة تزيد عن 17٪ باستخدام مذيبات صديقة للبيئة”. طاقة الطبيعة . 6 (11): 1045–1053 . بيب كود : 2021NatEn...6.1045C . دوى : 10.1038/s41560-021-00923-5 . S2CID 240450956 . 
  121. صن، روي؛ وو، ياو؛ يانغ، شينرونغ؛ غاو، يوان؛ تشين، تسنغ؛ لي، كاي؛ تشياو، جياوي؛ وانغ، تاو؛ غو، جينغ؛ ليو، تشاو؛ هاو، شياوتاو؛ تشو، هايمينغ؛ مين، جي (أبريل 2022). "خلايا شمسية عضوية أحادية الوصلة بكفاءة 19.17% بفضل إدخال مستقبل ضيف غير متماثل واحد". مواد متقدمة . 34 (26) e2110147. Bibcode : 2022AdM....3410147S . doi : 10.1002/adma.202110147 . PMID 35438225. S2CID 248242142 .  
  122. 1 2 3 كولينز، صموئيل د.؛ ران، نيفا أ.؛ هيبر، مايكل س.؛ نغوين، ثوك-كوين (مايو 2017). "الصغير قوي: التقدم الأخير في الخلايا الشمسية الجزيئية الصغيرة المصنعة بتقنية المحاليل". مواد الطاقة المتقدمة . 7 (10) 1602242. Bibcode : 2017AdEnM...702242C . doi : 10.1002/aenm.201602242 . S2CID 125931498 . 
  123. وزارة الطاقة الأمريكية. (2023). "التطورات في الخلايا الشمسية ذات الوصلات غير المتجانسة: دور مستقبلات غير الفوليرين". *تحديثات أبحاث الطاقة*. تم الاسترجاع من( https://www.energy.gov/eere/solar/organic-photovoltaics-research )

للمزيد من القراءة

  • العمليات الإلكترونية في البلورات والبوليمرات العضوية، الطبعة الثانية، بقلم مارتن بوب وتشارلز إي. سوينبرغ، مطبعة جامعة أكسفورد (1999)، رقم ISBN 0-19-512963-6
  • الخلايا الكهروضوئية العضوية بقلم كريستوف برابيك، وفلاديمير دياكونوف، ويورغن باريسي، ونيازي سردار ساريسيفتسي (محرران)، سبرينغر فيرلاغ (برلين، 2003)، ISBN 3-540-00405-X
  • الخلايا الكهروضوئية العضوية: الآليات والمواد والأجهزة (الهندسة البصرية) من تحرير سام-شاجينغ صن ونيازي سردار ساريسفتشي، دار نشر سي آر سي (2005)، رقم ISBN 0-8247-5963-X
  • دليل الإلكترونيات العضوية والضوئيات (مجموعة من 3 مجلدات) لهاري سينغ نالوا، دار النشر الأمريكية للعلوم. (2008)، رقم ISBN 1-58883-095-0
  • غرين، مارتن أ.؛ إيمري، كيث؛ هيشيكاوا، يوشيهيرو؛ وارتا، فيلهلم (2010). "جداول كفاءة الخلايا الشمسية (الإصدار 36)" . التقدم في مجال الخلايا الكهروضوئية: البحوث والتطبيقات . 18 (5): 346-352 . doi : 10.1002/pip.1021 .
  • ساريسفتشي، ن.س.؛ سميلويتز، ل.؛ هيغر، أ.ج.؛ وودل، ف. (1992). "انتقال الإلكترون المحفز ضوئيًا من البوليمرات الموصلة إلى باكمنستر فوليرين". مجلة ساينس . 258 (5087): 1474-1476 . رمز Bibcode : 1992Sci...258.1474S . doi : 10.1126/science.258.5087.1474 . PMID 17755110. S2CID 44646344 .  
  • NS Sariciftci, AJ Heeger, Photophysics, charge chapter and device applications of njugated polymer/fullerene composites, in Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers , edited by HSNalwa, 1 , Wiley, Chichester, New York, 1997, Ch. 8, pp  413–455
  • "الخلايا الشمسية البلاستيكية" كريستوف ج. برابيك ، ن. سيردار ساريسيفتسي، جان كيس هاملين، المواد الوظيفية المتقدمة، المجلد. 11 رقم: 1، الصفحات من  15 إلى 26 (2001)
  • ماير، أليكس سي؛ سكولي، شون آر؛ هاردين، برايان إي؛ رويل، مايكل دبليو؛ ماكجيهي، مايكل دي (2007). "الخلايا الشمسية القائمة على البوليمر" . مواد اليوم . 10 (11): 28-33 . Bibcode : 2007MaTod..10...28M . doi : 10.1016/S1369-7021(07)70276-6 .
  • هـ. هوب ون. س. ساريسفتشي، الخلايا الشمسية البوليمرية، ص  1-86، في البوليمرات المستجيبة للضوء II، المحررون: س. ر. ماردر وك. س. لي، التطورات في علم البوليمرات، سبرينغر، ISBN 978-3-540-69452-6برلين-هايدلبرغ (2008)